Extrudare prin suflare a filmului de polietilenă

 

Folia de polietilenă (PE) este cea mai produsă și utilizată varietate de folie de plastic. Este non-toxic și inodor și are rezistență și tenacitate ridicate împreună cu rezistență excelentă la umiditate și apă, deschidere bună (antiblocare) și performanță la temperatură scăzută, păstrând în același timp un anumit nivel de transparență. Capacitatea sa de etanșare la căldură este remarcabilă, cu o temperatură de etanșare relativ scăzută de aproximativ 100 de grade, ceea ce permite realizarea comodă a pungii prin încălzire electrică. Filmul PE este produs direct prin extrudare prin suflare din pelete de rășină de polietilenă și, în general, nu necesită aditivi; colorarea poate fi realizată prin încorporarea masterbatch-ului. Rășinile de polietilenă pentru film suflat includ polietilenă de joasă densitate (LDPE), polietilenă liniară de joasă densitate (LLDPE) și polietilenă de înaltă densitate (HDPE).

 

1) Film pentru seră agricolă

Folia de seră agricolă este o peliculă de lățime largă suflată din LDPE sau amestecuri de LDPE cu LLDPE, de obicei prin procesul de film suflat în sus cu decolare plată. Lățimea Layflat se întinde pe o gamă largă (mai mică sau egală cu 1000 mm sau Mai mare sau egală cu 5000 mm). Grosimea tipică este de 0,03–0,14 mm, rezistență la tracțiune mai mare sau egală cu 12 MPa și alungire la rupere mai mare sau egală cu 300%. Aceste folii sunt rezistente la ploaie, transmit lumina și rețin căldura, permițând cultivarea pe tot parcursul anului a legumelor și fructelor în structurile de seră. În funcție de cerințele agronomice, principalele subtipuri funcționale includ:

• Film de seră armat: Preparat prin adăugarea a mai mult de 25% în greutate LLDPE în LDPE. Rezistența la tracțiune poate fi crescută la aproximativ 20 MPa, iar alungirea la rupere mai mare sau egală cu 400%. Dacă filmul este suflat în întregime din LLDPE, rezistența este îmbunătățită în continuare, cu o rezistență îmbunătățită la perforare și o suprafață mai netedă; grosimea filmului poate fi redusă cu aproximativ 20-30%.

• Folie de seră cu durată lungă de viață: Filmul de seră obișnuit durează de obicei 0,5–1 an. Gradele cu durată lungă de viață prelungesc durata de viață de cel puțin două ori până la 2-3 ani. Acestea sunt obținute prin adăugarea a 0,3–0,5 părți în masă dintr-un stabilizator de lumină și a 0,1–0,3 părți dintr-un antioxidant la LDPE; suprafața LDPE este mai întâi umezită cu ulei alb, apoi amestecată și suflată în peliculă.

• Film de seră anti-picurare: Proiectat astfel încât să nu se formeze ceață sau picături pe suprafața filmului, îmbunătățind astfel transmisia luminii și promovând creșterea culturilor. Prin adăugarea unui surfactant adecvat sau a unui masterbatch anti-picurare, afinitatea filmului pentru apă crește. Numeroase picături mici se unesc în altele mai mari care curg în jos de-a lungul peretelui filmului până la sol, eliminând astfel aburirea internă, îmbunătățind transparența și împiedicând picăturile să cadă direct pe culturi.

2) Film de mulci agricol

Folia de mulci agricol se referă la folie de acoperire a solului. Este o peliculă LDPE foarte subțire realizată prin suflare, cu o grosime de 0,008–0,014 mm și o lățime de 600–1000 mm. Mulciul transparent, incolor, este folosit în principal ca folie de creștere a răsadurilor și de acoperire a culturilor pentru a promova maturitatea timpurie, a crește randamentul și a combate dăunătorii; este în general fabricat prin metoda filmului suflat în sus. Filmul de mulci funcțional este produs prin încorporarea a 3-5% în greutate coloranți în PE pentru a obține culori roșu, galben, albastru, gri, negru și alte culori. Diferitele culturi primesc astfel benzile spectrale specifice de care au nevoie, obținând o maturitate mai timpurie și un randament mai mare, suprimarea dăunătorilor și inhibarea buruienilor.

3) Film de ambalare

Folia de ambalare PE este împărțită în tipuri ușoare și grele.

• Folie de ambalare ușoară: Fabricată din LDPE și utilizată în principal pentru ambalarea alimentelor, produse de patiserie, bomboane, legume, fructe, produse farmaceutice, textile, produse de zi cu zi, îmbrăcăminte și produse similare. Pentru a se potrivi liniilor de ambalare automate, se adaugă de obicei cantități mici de agenți de alunecare sau agenți antistatici. Producția utilizează cel mai frecvent procesul de suflare în sus sau suflare plată. Lățimea Layflat se întinde pe o gamă largă (mai mică sau egală cu 70 mm sau Mai mare sau egală cu 1000 mm). Grosimea este de 0,02–0,20 mm, iar rezistența la tracțiune este mai mare sau egală cu 10 MPa.

• Genți din HDPE pentru tricou (cumpărături) și genți pentru îmbrăcăminte: Utilizate pe scară largă și produse predominant prin procesul de suflare în sus. Lățimea stratului plat este de 70–1000 mm, grosimea 0,007–0,10 mm și rezistență la tracțiune mai mare sau egală cu 25 MPa.

• Folie de ambalare rezistentă: Fabricată prin procesul de suflare ascendentă din LDPE cu greutate moleculară mai mare. Grosimea tipică este de 0,2–0,35 mm, fiecare pungă capabilă să țină 20–30 kg de conținut. Aplicațiile includ ambalarea produselor agricole, materii prime chimice, îngrășăminte, pesticide, alimente, zahăr, sare, produse farmaceutice și textile.

Rășinile LDPE pentru film suflat prezintă un interval relativ larg de debit de topire (MFR) de 0,5–7 g/10 min și sunt selectate în funcție de utilizarea prevăzută a filmului (vezi Tabelul 1-1). Rășinile LLDPE pentru film suflat au de obicei un MFR de 1–2 g/10 min. Filmele suflate HDPE au un MFR de 0,2–1 g/10 min. HDPE are o temperatură de topire mai mare și, în intervalul de modificări ale vitezei de forfecare, o vâscozitate ridicată; datorită structurii sale moleculare liniare, prezintă o orientare puternică indusă de flux.

Tabelul 1-1 Selectarea rășinilor LDPE pentru tipurile de film

Clasa de film	Rășină MFR (g/10 min)
Folie de ambalare ușoară	2–4
Film de înaltă transparență	5–7
Film de mulci agricol	4–7
Film cu efect de seră	1.5–4.5
Film termocontractabil	2–5
Folie de ambalare rezistentă	0.25–0.5

 

 

1) Extruder

Folia convențională din LDPE cu lățimea de întindere mai mare sau egală cu 300 mm este de obicei produsă prin procesul de film suflat în sus cu decolare plată. Diametrul șurubului recomandat variază de la 45 la 150 mm. Pentru lățimi plane mai mari de 1 m, se pot utiliza două extrudere cu un singur șurub pentru coextrudarea filmului cu lățime largă. Șurubul L/D este de 20–30 cu un raport de compresie de 3–3,5 și este de preferat un șurub progresiv (canal conic).

Pentru filmul HDPE, sunt potrivite extrudere de dimensiuni mai mici, cu șurub L/D de 16–25. Modelele șuruburilor încorporează de obicei o secțiune dedicată de forfecare și o secțiune de amestecare.

2) Die Head

Filmul LDPE folosește în mod obișnuit matrițe inelare cu dorn spiralat sau tip păianjen, cu diametre ale matriței de 100-1000 mm. Când este necesară o uniformitate superioară a grosimii, se recomandă o matriță rotativă. Sunt utilizate atât procese de suflare în sus, cât și plată.

Filmul HDPE utilizează de obicei o matriță de miez cu dorn spirală. Trebuie avut grijă la proiectarea canalului de curgere, a geometriei spirale și a dimensiunilor buzelor matriței pentru a evita ratele excesive de forfecare, care pot provoca fracturi de topire. Datorită acestor caracteristici de formare, matrițele de film HDPE sunt relativ mici, în general 30-200 mm în diametru.

3) Răcire

Răcirea cu inel de aer este utilizată în mod predominant. Presiunea tipică a suflantei este de 4000–8000 Pa, cu un debit de aer de 15–75 m³/min.

 

1) Temperatura de extrudare

Temperatura de extrudare este determinată în primul rând de debitul de topire al rășinii PE-cu cât MFR este mai mare, cu atât temperatura necesară este mai mică. De la portul de alimentare la pachetul de ecran (placă de spargere), temperaturile cilindrului cresc progresiv, astfel încât temperatura capului matriței să fie aproximativ egală cu sau cu 10-20 de grade mai mică decât temperatura de la vârful șurubului. Acest lucru promovează o paraison groasă stabilă și o mai bună transparență a filmului. Temperaturile tipice de extrudare pentru filmele PE sunt prezentate în Tabelul 2-1.

Tabelul 2-1 Temperaturi de extrudare pentru peliculele de polietilenă (grade)

Clasa de film	Zona țevilor 1	Baril Zona 2	Baril Zona 3	Adaptor	Muri
LDPE – folie de ambalare ușoară	120–140	130–140	140–160	150–160	160–170
LDPE – folie de seră	150–170	160–180	170–180	180–190	170–180
LDPE – folie de ambalare rezistentă	180–200	170–180	180–190	190–200	180–190
folie LLDPE	160–180	180–200	200–220	200–220	220–230
Film HDPE	200–220	220–240	240–260	250–260	240–250

2) Die Gap

Intervalul dintre buzele matriței variază în funcție de tipul de rășină; intervalele reprezentative sunt enumerate în Tabelul 2-2. Pe măsură ce MFR-ul rășinii crește, este selectat un spațiu mai mic al matriței; pe măsură ce grosimea filmului țintă crește, se folosește un spațiu mai mare. De exemplu, pentru filmul LDPE pentru sarcini grele (MFR mai mic și ecartament mai gros) este selectat un spațiu al matriței de aproximativ 1,0 mm; pentru filmul LDPE pentru utilizare ușoară (MFR mai mare și ecartament mai subțire), distanța dintre matrițe este de obicei 0,5–0,6 mm. Deoarece vâscozitatea topiturii LLDPE este mai mare și relativ insensibilă la modificările vitezei de forfecare, temperatura sa de extrudare este mai mare și decalajul matriței semnificativ mai mare decât pentru LDPE; altfel poate apărea o suprafață aspră de „piele de rechin”. Rășinile cu film suflat HDPE au un MFR relativ scăzut, astfel încât decalajul matriței este în general puțin mai mare decât pentru LDPE.

Tabelul 2-2 Intervalele tipice ale distanței dintre buzele matriței (mm)

Tipul filmului	Distanța matriței (mm)
LDPE	0.5–1.0
LLDPE	1.5–2.5
HDPE	1.2–1.5

3) Raportul de explozie (BUR)

După ieșirea din matrița inelară, paraisonul gros este umflat cu aer comprimat, crescându-și diametrul, reducându-i grosimea și dând tracțiune transversală. Un raport tipic de explozie este 2-5. Dacă BUR este prea mare, bula va flutura, forma bulei devine instabilă, uniformitatea grosimii se deteriorează, iar filmul este predispus la rupere. Pe măsură ce BUR crește, rezistența la tracțiune transversală a filmului, rezistența la rupere și rezistența la impact cresc, dar transparența și luciul scad, iar rezistența la tracțiune longitudinală tinde să scadă. BUR-urile reprezentative pentru filmele PE sunt enumerate în Tabelul 2-3.

Tabelul 2-3 Rate reprezentative de explozie pentru filmele PE

Tipul filmului	BUR tipic
LDPE	1.5–3.5
LLDPE	1.5–2.0
HDPE	3.2–6.0

4) Raportul de tragere (direcția mașinii)

După ce paraisonul părăsește matrița, este ghidat către rolele de ridicare (nip) și supus tragerii longitudinale. Viteza liniei de transport este în general de 3-5 ori mai mare decât viteza de extrudare a topiturii (ieșire), producând o întindere de 3-5 ori în direcția mașinii și o creștere semnificativă a rezistenței longitudinale la tracțiune. Acest lucru avantajează aplicațiile de pungi în care predomină încărcarea longitudinală.