Технологическое описание производства многослойных пленок из ПЭВД. Производство многослойных пленок – перспективное направление совершенствования пленочной технологии. Использование в одном изделии, получаемом со-экструзией, различных по свойствам полимеров позволяет существенно обогатить ассортимент пленок и расширить область их применения. Принципиальное технологическое отличие производства пленок со-экструзией от однослойных пленок заключается в том, что формующие головки запитываются из двух и более экструдеров. Высокие требования к равномерности свойств пленки проявляются в том, что необходимой частью со-экструзионных выдувных установок являются узлы вращения не только дорна и матрицы (мундштука), но и кольца верхнего стабилизатора. Как правило, в соэкструзионных головках развиваются более высокие по сравнению с традиционными головками давления. Конструкция многозаходных формующих головок должна обеспечивать высокую точность регулирования температуры (+/-1 град. С).

На приведенном примере показана возможная компоновка 3-х слойной выдувной экструзионной установки для производства ПЭВД пленки. Дозированный расплав полимера каждого из 3-х экструдеров A-B-C проходя за узлом шиберного фильтра поз.(9-12) поступает в многозаходную спиральную головку по каналу адаптера поз.(14,15).

Конструктивные особенности многослойных установок обусловлены их назначением. Например возможность воплотить в многослойной пленке структуре внутренние слои, позволяет повысить эффективность и безотходность работы установки ввиду возможного использования значительной доли вторичного п/э сырья. На приведенном примере компоновки выдувной установки шнеками A-B-C, где шнеки A и С имеют диаметр 65мм – формирующие внешний и внутренний слой пленки сравнительно тонкие, тогда как центральный слой В имеет более производительный шнек диаметром 80 мм с возможностью переработки значительной доли включения вторичного сырья с общим соотношением слоев выпускаемой пленки например: 25%-50%-25%. На практике комплектация всех линии осуществляется производителем оборудования исходя из технического задания.

Одним из примеров технологии производства многослойных пленок методом со-экструзии с раздувом является термоусадочная пленка. Для изготовления термоусадочной пленки используют полиэтилен высокого давления ПЭПД (ЛПЭВД).

Физико-химическая особенность термоусадки заключается в формировании несвойственной полимеру надмолекулярной структуры в результате больших осевых деформаций и последующего понижения температуры. При нагревании выше определенной температуры происходит изменение надмолекулярной структуры, которое приводит к геометрическому изменению размеров изделия. Ориентация макромолекул сопровождается повышением прочности полимера в направлении деформации. Ориентация может достигаться одновременно как в продольном (осевом), так и поперечном (радиальном) направлениях. С возрастанием степени раздува значения продольной и поперечной термоусадки сближаются. На приведенном ниже примере при значениях степени (коэффициента) раздува (BUR) более 4 и вытяжке (Extract) 10 на схеме, пленка становится равно-усадочная в продольном и поперечном направлении (продольная 50/поперечная 50).

*Вытяжка является отношением зазора формующей щели к толщине пленки. Например, для пленки на схеме толщиной 100 микрон=0.1 мм, и зазором щели 1,0 мм. Значение вытяжки на схеме составит: 1,0 мм/0.1 мм = 10.

В зависимости от требуемого значения продольной и поперечной усадки подбираются взаимосвязанные параметры технологического процесса.

Технологически производство многослойных пленок из ПЭНД, идентично производству многослойных пленок из ПЭВД. Однако отличие молекулярного строения полимеров ПЭНД и ПЭВД, имеющих различное соотношение аморфной и кристаллической составляющей влияют на физические свойства и, как следствие, влияют на технологию пленочного производства. Для сравнения степень кристалличности ПЭВД — 20–65%, а степень кристалличности ПЭНД — 80–90%.; ПЭВД плавится при температуре 103–110°С., а ПЭНД плавится при температуре 125–132°С. Отличие значения температуры плавления ПЭВД и ПЭНД влияет непосредственно на температурные режимы переработки пластиков при производстве пленок методом экструзии. Отличие в молекулярной структуре делает процесс переработки ПЭНД более энерго–затратным, для переработки методом экструзии ПЭНД требуется более высокие температурные режимы зон нагрева прохождения расплава, нежели для переработки ПЭВД; прослеживается повышенные требования к увеличению мощности приводов для переработки ПЭНД по сравнению с ПЭВД и т.п. Плотность ПЭВД составляет 0.917-0.921 г/см3, в то время как плотность ПЭНД составляет 0.950-0.955 г/см3. Из-за вышеперечисленных отличий, при прочих равных, произвдительность машин по производству пленок из ПЭНД, ниже чем у машин по производству пленок из ПЭВД.

Важно отметить, что ПЭВД и ПЭНД практически не смешиваются между собой. Использование со-экструзии позволяет получить пленки с уникальными техническими характеристиками, которые невозможно получить на однослойных установках. Сочетание различных по своим характеристикам типов и марок полиэтилена реализуется как раз на машинах по выпуску многослойной пленки.

Следует отметить, что ПЭНД очень прочный и износостойкий пластик, обладающий преобладающей кристаллической молекулярной структурой. Однослойный ПЭНД может использоваться при производстве пленок малой толщины от 6-6,5 микрон.

Технологическое решение производства пленки ПЭНД многослойной структуры еще больше повышает прочностные свойства при существенном снижении толщины пленки, если бы она выпускалась с теми же прочностными значениями, но в однослойном исполнении.

Например, прочность и износостойкость – два важнейших параметра при изготовлении такого изделия как бахилы. Бахилы для посетителей изготавливаются из пленки толщиной от 8 до 20 микрон. Материал, из которого производят бахилы, как правило, ПЭНД, реже из ПЭВД. Качество плёнки при производстве, а именно какой именно первичный или вторичный (переработанный) материал был использован при её производстве, влияет на качество конечного изделия. Примером производства прочной двухслойной пленки из ПЭНД для дальнейшего производства бахил из может служить типовая со-экструзионная установка приведенная на схеме ниже:

Аналогично производству однослойной пленки, производство двухслойной пленки на со-экструзионной выдувной установке производится методом раздува вверх. Расплав внутреннего и внешнего слоев экструдируется в шнековых парах и подается одновременно на многозаходную спиральную формующую головку, формируя двухслойную кольцевую структуру. В отличие от производств ПЭВД пленок, движущийся расплав ПЭНД на выходе формующей головки поступает на стержень нижнего стабилизатора, остывает в потоке принудительно обдуваемого воздуха, поступающего снаружи посредством кольца обдува, и только потом раздувается в виде пузыря внутренним потоком воздуха поступающего по центральной оси формующей головки. Различия в процессах раздува связаны с различиями в молекулярно структуре ПЭНД от ПЭВД. Аморфный ПЭВД требует ускоренного охлаждения, в то время как высокая кристалличность ПЭНД с его более высокими температурными режимами переработки сначала требует плавного понижния темперетуры и далее раздув.

Поперечное (радиальное) растяжение посредством раздува пузыря, ориентирует полимер в ширину, тогда как вытяжка приемными (захватывающими) валками определяет продольную (осевую) соcтавляющую растяжения пленки. Регулировкой скорости вытяжки валков задается толщина выпускаемой пленки.

Готовая пленки снимается вытяжными валками и подается на ширительные (разглаживающие) валы с устройством промежуточного натяжения. Готовый рукав наматывается в виде рулона на станции намотки.

Принципиальное устройство одношнегового экструдера показано на рисунке ниже. Он действует следующим образом. Полимерный материал из бункера 3 поступает в материальный цилиндр 2, захватывается вращающимся шнеком 1 и транспортируется к формующей головке, фрагмент которой показан позицией 7. При этом полимер в первой питающей зоне червяка (шнека) размягчается и уплотняется, в зоне сжатия он расплавляется, а в зоне дозирования гомогенезируется и подготавливается к подаче в формующую головку. Для обеспечения требуемого теплового режима и условий транспортировки на материальном цилиндре установлены зонные кольцевые нагреватели 5 с индивидуальными вентиляционными устройствами, участок цилиндра вблизи загрузочного отверстия охлаждается водой по каналам 4, а для контроля температуры служат термопары 6. Шнек получает вращение от электромеханического привода, состоящего из электродвигателя 12 и редуцированной механической передачи 9. Осевое усилие, действующее на шнек в направлении, противоположном транспортированию расплава, воспринимается подшипниковым узлом 11.

Существуют 3 метода раздува пленки: вверх, горизонтально и вниз. Технологически, в предлагаемых компанией разработчиком выдувных установках, для производства рукавной пленки из полиэтилена высокой плотности (ПЭНД), полиэтилена низкой плотности (ПЭВД) и линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭВД) используется метод раздува вверх с воздушным охлаждением. Для производства пленок из полипропилена (ПП) используется метод раздува вниз с водяным охлаждением. Схематично 3 метода раздува отражены на прилагаемом рисунке. Как видно на схеме для производства пленок из полиэтилена (ПЭ) применен способ раздува вверх (тип a) с воздушным охлаждением выходящего рукава.

Технологический процесс экструзии с раздувом (приведен на рисунке ниже) основан на использовании кольцевых головок. Расплав должен быть равномерно распределен по окружности кольца. Поток воздуха, поступающий из головки экструдера внутрь пузыря создает давление на пленку, раздувая ее. Затем пленка отводится на валки.

Принципиальное отличие конструкции формующих головок зависит от вида и как следствие от характеристик перерабатываемого полиэтилена: Различают ПЭНД (Полиэтилен высокой плотности HDPE, низкого давления), ПЭВД (Полиэтилен низкой плотности LDPE, высокого давления) и ЛПЭВД (Линейный полиэтилен низкой плотности LLDPE, высокого давления).

Отличие в конструкции формующих головок для выпуска пленок из ПЭВД и ПЭНД заключается в том, что начало раздува пузыря происходит сразу после выхода из кольцевого зазора формующей головки для ПЭВД (ЛПЭВД) и после прохождения расплава головки стабилизирующего стержня (нижнего стабилизатора) для ПЭНД. Отличия обусловлены особенностями молекулярных связей перерабатываемых полимеров. Аморфный ПЭВД требует ускоренного охлаждения, в то время как высокая кристалличность ПЭНД с его более высокими температурными режимами переработки определяют структурную форму пузыря и в конечном счете задает линию кристаллизации – место перехода расплава полимера в пленку.

Выше приведены сравнительные значения коэффициента раздува пузыря (BUR). Поперечное (радиальное) растяжение ориентирует полимер в ширину, тогда как вытяжка приемными (захватывающими) валками определяет продольную (осевую) соcтавляющую растяжения пленки. Регулировкой скорости вытяжки валков задается толщина выпускаемой пленки.

Существуют 3 метода раздува пленки: вверх, горизонтально и вниз. Технологически, в предлагаемых компанией разработчиком выдувных установках, для производства рукавной пленки из полиэтилена высокой плотности (ПЭНД), полиэтилена низкой плотности (ПЭВД) и линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭВД) используется метод раздува вверх с воздушным охлаждением. Для производства пленок из полипропилена (ПП) используется метод раздува вниз с водяным охлаждением. Схематично 3 метода раздува пленки отражены на прилагаемом рисунке. Как видно на схеме для производства пленок из полипропилена (ПП) применен способ раздува вниз (тип б) с водным охлаждением выходящего рукава.

Отличие способа раздува ПП пленок ведет к конструктивному изменению исполнения ПП выдувных установок и накладывает некоторые отличия на технологический процесс выпуска пленки по сравнению с выпуском пленок из ПЭ.

б) Отличительной особенностью производства полипропиленовых (ПП) пленок является схема с приемкой раздуваемого рукава вниз.

Существуют определенные достоинства метода раздува ПП пленки вниз, приведем некоторые из них: рукав быстро охлаждается, что позволяет получить тонкую пленку с большой прозрачностью. Прозрачность является важным свойством ПП пленок специализированного назначения (цветочная упаковка, канцелярские файлы и др.) Важную роль при этом играет то, что в данной схеме внешнее охлаждение пузыря допускает использование помимо воздушного охлаждения также охлаждение водой для более интенсивного охлаждения. Компоновка машины позволяет уменьшить габаритную высоту установки. Однако присутствуют и недостатки: требуется строгое соблюдение рабочих режимов работы, поскольку данная схема подвержена самопроизвольному отрыву рукава при вытягивании полимера.

Типовая выдувная экструзионная установка для производства рукавной полипропиленовой (ПП) пленки представлена на нижеприведенной схеме.

Технологические стадии производства полипропиленовой (ПП) пленки:

• Управление: главный привод и шкаф управления установки выполнены в компактном исполнении, что позволяет сэкономить значительное пространство производственного помещения, и обеспечивает удобство обслуживания узлов установки. Подача ПП сырья осуществляется пневматическим автозагрузчиком в материальный бункер и оттуда подается в зону загрузки экструдера;
• Нагреваемый расплав материала поступает последовательно в зону подачи, сжатия нагретого расплава и гомогенизации шнека и далее через сетчатый фильтр поступает на формующую головку.
• Для распределения разнотолщинности пленки опционно возможно использование узла формующей головки с устройством вращения;
• Нагрев зон производится термонагревателями. Заданный температурный режим нагрева зон контролируется термопарами;
• Проходящий через кольцевой зазор на выходе из спиральной головки пары дорн/матрица ПП расплав, раздувается вниз поступающим внутрь головки воздухом до пузыря требуемого калибровочного диаметра. Внешнее охлаждение производится посредством распределительного кольца охлаждения принудительно нагнетаемым воздухом. Степень раздува определяет растяжение пленки в продольном (осевом) направлении. Для ПП пленок значение BUR (коэффициента раздува) вычисляемое как отношение раздуваемого пузыря к диаметру кольцевого зазора формующей головки составляет 1.8-2.5;
• Для придания прозрачности пленке важно интенсивное охлаждение, которое в машинах данного типа дополнительно осуществляется посредством теплообмена межу поступающей в кольцо охлаждения холодной воды и проходящего зону кристаллизации ПП цилиндрического рукава. При этом кольцо охлаждения возможно отрегулировать по высоте положения линии кристаллизации пузыря, влияющей на ее прозрачность и следовательно тем самым менять характеристики выпускаемой ПП пленки.
• Скорость вытяжки снимающих валков определяет растяжение в продольной (осевом) направлении движении ПП пузыря и определяет толщину пленки. На машинах данного класса возможен выпуск полипропиленовой пленки толщиной от 25 до 150 микрон;
• Цилиндрический рукав, проходя устройство складывания, вытягивается валками в виде сложенного вдвое плоского рукава. При необходимости кромка рукава может быть отделена продольными ножами в строго заданный размер готового плоского полотна. Готовое полотно, проходя распределительные валки наматывается в виде рулона на двух постовой станции намотки тип “спина к спине”.

В отличие от окрашивания полимерного материала в массе, использующегося для полимеров характеристики которых строго определены, добавление красителя в виде суперконцентрата позволяет подойти к процессу окрашивания более вариативно. Особенно это проявляется при производстве товаров повседневного спроса в частности цветных полиэтиленовых пакетов. Следуя тенденциям моды предпочтения клиентов к цветовой гамме многообразны. Путем применения суперконцентратов достигается гибкость в достижении нужного цвета, многообразие цветовых решений, возможность следовать последним тенденциям моды и предпочтений различных целевых групп населения к тому или иному цвету. Появляется свобода в выборе наиболее подходящей марки полимера для каждого изделия с возможностью реагировать на изменения стоимости полимерного сырья. Достигается экономический эффект ввиду незначительной доли вводимого красителя суперконцентрата (masterbatch).

Наряду с первичной и вторичной гранулой рецептуры содержащие краситель суперконцентрата отличаются сбалансированностью, однородностью расплава, высоким качеством окраски и широкой линейкой насыщенности и ” укрывистости “ цвета в зависимости от используемых видов входящих в них пигментов.

Вторичную гранулу (вторичку) получают методом экструзии из производственных (или бытовых) отходов пленки. Структура гранулы имеет несколько другие специфические свойства, которые, безусловно и отличаются от первичной, но отвечают ряду требований предъявляемых к производителям гибкой упаковки в современных условиях.

Вторичная гранула производится на соответствующим оборудовании как дополнительная составляющая производственного цикла предприятия. Производство вторичной гранулы ПЕ и ПП может быть адаптировано практически к любой технологической линии. На прилагаемой схеме вы можете проследить цепочку сравнительно простых операций позволяющих даже начинающему производителю ощутить экономический эффект и целесообразность ее технологического применения. Приведем только некоторые из них:

Следует отметить экономическую составляющую использования вторичной гранулы, которая значительно дешевле первичной гранулы, хотя и уступает по ряду характеристик первичной, что накладывает ограничение доли ее использования при составлении рецептур.

Вторичную гранулу оправдано использовать при производстве товаров исключающих непосредственный контакт с пищевыми продуктами и не имеющих исключительных потребительских свойств, например мусорный мешок или при производстве многослойных пленок со значительно долей заполнения ею внутренних слоев.

Изначально следует выделить сырье, из которого получают вторичную гранулу. Причем исходное сырье может быть как относительно чистое, так и очень грязное, что влечет за собой разные подходы переработки вторичного материала во вторичную гранулу. Визуально вы можете увидеть отличие в подходах переработки на вышеприведенной схеме.

Первичная гранула ПЭ (PE), ПП (PP) - исходный материал в виде твердых сыпучих гранул используется в качестве сырья в производственной линии рукавной пленки и упаковки из ПЕ, ПП

В зависимости требований предъявляемых к пластиковой упаковке производитель осуществляет выбор первичного сырья соответствующего типа и марок ПЕ, ПП.

Адаптивность предлагаемого технологического оборудования к сырью как отечественных, так и иностранных производителей является важным преимуществом высокой технологичности предлагаемых вашему вниманию линий.

Полиэтилен (ПЭ) для производства пленки в зависимости от структуры молекулярных связей бывает различных типов: Полиэтилен высокой плотности низкого давления (ПЭНД), полиэтилен низкой плотности высокого давления (ПЭВД), линейный полиэтилен высокого давления (ЛПЭВД) и др. Тип используемого полиэтилена определяет вид конечного продукта.

Полипропилен (ПП) бесцветный полимер, обладающий высокой прочностью и износостойкостью. Марки полипропилена, разрешенные для контактов с пищевыми продуктами, также используются для производства прочных плоских лент, которые в свою очередь являются основой плетеной тары (полипропиленовые мешки) под сыпучие продукты, например, такие как мука или сахар. Специализированные рукавные ПП пленки, имеющие повышенные потребительские свойства, такие как прозрачность, используют в цветочной упаковке, при производстве канцелярские фалов, папок вкладышей и др.

Используя различные сочетания рецептуры (композиции) в составе первичного сырья, вторичного сырья, красителя – суперконцентрата, технологических добавок производители стремятся получить качественный конкурентный продукт соответствующий необходимым требованиям норм и стандартов. Особо важное значение придается контролю производства пленок подверженным контакту с пищевыми продуктами. Повышенные требования к экологии особое место уделяет безотходности производства в части вторичной переработки отходов. Перечисленные разделы вы можете найти на прилагаемой технологической схеме в соответствующих частях цепочки, которая визуально адаптирована к последовательному циклу преобразования первичной гранулы в конечный продукт, в котором первичная гранула это основа – начало пути любого производственного технологического цикла.