Двуосно-ориентированная пленка: новый популярный материал с превосходными характеристиками(1)
В обширной области материаловедения биаксиально-ориентированные пленки стали центром внимания во многих отраслях промышленности из-за их уникальных свойств и широкого спектра применения. Этот тип пленки, изготовленный с помощью специальных процессов, демонстрирует значительные преимущества в механических свойствах, барьерных свойствах, оптических свойствах и т. д., оказывая мощную поддержку развитию современной промышленности.
Двуосное растяжение: принципы и преимущества
Технология двуосного растяжения выделяется среди методов формирования пластиковой пленки, ее основной принцип заключается в следующем: полимерное сырье нагревается и расплавляется экструдером и экструдируется в толстый лист. Затем, в подходящем диапазоне температур выше температуры стеклования и ниже температуры плавления (т. е. в высокоэластичном состоянии), с помощью продольно-растягивающей машины и поперечно-растягивающей машины внешние силы прикладываются последовательно в продольном и поперечном направлениях для операций растяжения на определенную кратность. Этот процесс способствует ориентации и упорядоченному расположению молекулярных цепей или кристаллических плоскостей в направлении, параллельном плоскости пленки. Сразу после этого проводится термофиксация в растянутом состоянии для фиксации ориентированной макромолекулярной структуры. Наконец, путем охлаждения и последующей обработки готовится двуосно-ориентированная пленка.
По сравнению с нерастянутыми пленками, биаксиально-ориентированные пленки показывают значительно улучшенные механические свойства, с прочностью на разрыв, достигающей 3-5 раз, чем у нерастянутых пленок. Между тем, их барьерные свойства улучшены, что снижает проницаемость для газов и водяного пара; оптические свойства оптимизированы, со значительно улучшенной прозрачностью и поверхностным блеском; улучшена тепло- и холодостойкость, и хорошая размерная стабильность; однородность толщины лучше, с меньшим отклонением толщины, и может быть достигнута высокая автоматизация и высокоскоростное производство.
Производственный процесс: сложный и точный поток
Линия по производству биаксиально-ориентированных пленок похожа на точного промышленного дракона, состоящего из различного оборудования, образующего непрерывную производственную линию, включающую в себя, в основном, сушильные башни, экструдеры, литейные машины, машины продольной вытяжки, машины поперечной вытяжки, машины тяговой намотки и т. д.
Если взять в качестве примера производство полиэфирной пленки, то первым шагом является подготовка ингредиентов и смешивание. Определенное количество кремнийсодержащих чипсов мастербатча и ярких чипсов используется в сочетании. После смешивания с помощью дозирующего смесителя они поступают в следующий процесс. Частицы кремния в кремнийсодержащих чипсах мастербатча распределяются в пленке, что может увеличить микроскопическую шероховатость поверхности пленки, позволяя небольшому количеству воздуха удерживаться между пленками во время намотки, эффективно предотвращая адгезию.
Для гигроскопичных полимеров, таких как ПЭТ, ПА и ПК, предварительная кристаллизация и сушка являются обязательными перед биаксиальным растяжением. ПЭТ обычно проходит обработку в насадочной башне с кристаллизационным слоем, оснащенной устройствами для подготовки сухого воздуха, включая воздушный компрессор, осушитель с молекулярным ситом и нагреватель. Предварительная кристаллизация и сушка проводятся при температуре 150–170 °C в течение приблизительно 3,5–4 часов, гарантируя, что содержание влаги в высушенной ПЭТ-крошке контролируется на уровне 30–50 ppm. Этот шаг повышает температуру размягчения полимера, предотвращает слипание или агломерацию частиц смолы во время сушки и экструзии расплава, одновременно удаляя влагу, чтобы избежать гидролиза или образования пузырьков в полимерах на основе эфиров во время экструзии расплава.
Прошедшие кристаллизацию и сушку ПЭТ-крошки поступают в одношнековый экструдер, где они нагреваются, плавятся и пластифицируются под действием уникальной структуры шнека. Для обеспечения качества пластификации и стабильного давления экструдированного расплава экструдер оснащен двумя выпускными отверстиями, подключенными к вакуумной насосной системе, которая может эффективно извлекать влагу и олигомеры из материалов, устраняя необходимость в сложной системе предварительной кристаллизации/сушки и сокращая инвестиционные и эксплуатационные расходы. Дозирование расплава осуществляется высокоточным шестеренчатым насосом, который обеспечивает стабильное давление на матрицу, преодолевает сопротивление расплава, проходящего через фильтр, и обеспечивает равномерную толщину пленки. Труба расплава соединяет экструдер, дозирующий насос, фильтр и матрицу, обеспечивая плавный поток расплава. Внутри конца трубы расплава, подключенного к матрице, установлено несколько наборов статических смесителей. Когда расплав протекает, он автоматически производит эффект смешивания разделения-комбинирования-разделения-комбинирования, достигая температурной гомогенизации расплава.
Вязкоупругий расплав ПЭТ, выходящий из матрицы, быстро охлаждается ниже температуры стеклования на равномерно вращающемся охлаждающем валке, образуя стекловидный литой лист с равномерной толщиной. Принцип заключается в использовании генератора высокого напряжения для создания постоянного напряжения в несколько тысяч вольт, заставляя электродную проволоку и охлаждающий валок действовать как отрицательный и положительный полюса соответственно (при заземленном охлаждающем валке). В электростатическом поле высокого напряжения литой лист приобретает статические заряды, противоположные полярности охлаждающего валка, посредством электростатической индукции. Благодаря притяжению между противоположными зарядами лист плотно прилегает к поверхности охлаждающего валка, эффективно вытесняя воздух и обеспечивая эффективную передачу тепла.
Толстый лист, полученный на литейной машине, поступает в продольное растягивающее устройство для продольного растяжения в высокоэластичном состоянии. Продольное растягивающее устройство состоит из роликов предварительного нагрева, растягивающих роликов, охлаждающих роликов, натяжных роликов, резиновых прижимных роликов, инфракрасных нагревательных трубок, нагревательных блоков и приводных устройств. Существуют различные режимы продольного растяжения, обычно включающие одноточечное растяжение, а также многоточечное растяжение, такое как двухточечное или трехточечное растяжение.
После продольной растяжки пленка поступает в поперечную растяжную машину, где последовательно проходит предварительный нагрев, рамирование, термофиксацию и охлаждение для завершения поперечной растяжки.
Наконец, двуосно растянутая пленка поступает в процесс тяговой намотки и резки. Этот процесс состоит из нескольких направляющих роликов тяги, охлаждающих роликов, выравнивающих роликов, натяжных роликов, следящих роликов, устройств обрезки кромок, толщиномеров и машин для обработки коронным разрядом. После обрезки кромок, измерения толщины и обработки коронным разрядом пленка наматывается, режется и становится готовым продуктом после прохождения проверки.
