bokee.net

化工工程师博客

正文 更多文章

九层吹塑膜技术

九层吹塑膜技术
 
 
 
 
        学习制造九层吹膜之路可能是不平凡的。“花了约两年时间才让我们领会到这个9层膜工艺和运作流延膜生产线是差不多一样的困难。”以色列包装企业Plastopil Hazorea公司的产品开发项目经理Steve Arnautoff称,该公司在2001
 
由五层膜一跃而换至九层膜。“花了很长时间我们才弄明白流变学方面的东西,”他指出。该公司在2003年购买了第二条九层吹膜生产线。
        
宾顿等五六家公司
已经解决了9层吹
膜生产的复杂性。

        美国的一家著名的包装企业既生产9层吹膜,也生产九层流延膜,他们发现有流延膜方面的经验起着很大的帮助作用。“我们的主要产品是流延膜。我们在这方面的经验使我们能跳出吹膜结构的框框来考虑问题,”该公司技术主管称:“以前我们认为树脂在吹膜上不会有很大的机会,甚至7层膜也是这样。但9层膜为我们的工具箱增加了很多的工具。更多的层数实际上令产品开发更容易。”
        
        制造9层膜的加工商们不会都逐鹿于同样的市场中,它们更多的与层压或电镀膜进行竞争。不多的制造9层薄膜的重要包装企业在叠层内部使用9层膜。较小的加工商直接向市场提供9层膜,成品加工商再把它们层压或成形为袋子和封套。迄今为止,还有足够的高阻隔性应用场合可以供应。因为不希望刺激更多的竞争,所以成功的9层膜生产商保持着低调。
        
由巴顿菲尔格罗斯特建造
的完全达到生产规格的9
层膜实验生产线,将是那
些寻求进入9层膜领域的
加工商们的新资源。

        无畏的先锋
        
        在90年代末,一大批多数具有7层膜经验的吹膜挤出领先厂家实现了首批9层阻隔膜的商业化,新西兰Holmes包装公司是第一家,它在1997年安装了来自宾顿工程(Brampton Engineering)公司的9层吹膜模头。
        
        巴顿菲尔格罗斯特(Battenfeld Gloucester)公司售出的首套9层膜挤出模头于1998年7月在新西兰Transpack公司安装,其口径为10〃。
        
        9层薄膜的经验为进入更复杂的膜产品打开了大门。从2000开始,宾顿已经造出了10层模头:一套到亚洲,两套到欧洲。10层膜为利用不同的结构和类似PET的技术性聚合物提供了更多的机会。
        
        9层与10层吹膜市场的成长远不及加工商们从3层转变到5层和7层那么快。在几年时间里,有几百条的5层和7层膜生产线。但因为有许多其它的方法来获得同样的阻隔效果,包括有多层流延膜、贴合、电镀和涂覆,所以从7层转为9层膜不是简单的一步。
        
        机器制造商也还没有仓促进入9层膜市场中。还没有欧洲OEM厂家冒险尝试超过7层的模头,尽管德国的W&H和意大利Macchi都在从事这个方面的工作。
        9层和10层模头的建造和运行是如此的困难,以至于8年后在世界上仍只有大概五六家的公司仅有着25套产品。
        
        宾顿是9层或更多层膜生产线最突出的供应商。它已经售出了三套10层叠加模头和13套9层叠加模头,包括了世界上最大31.5〃口径的,其生产能力将达1500磅/小时。格罗斯特已经供应了五套9层模头,该公司最大的9层模头是20〃口径。
        
Plastopil的9层吹膜生产
线在不到一半时间里才制
造真正的9层膜。用它生
产5层或7层膜仍是有优
势的。

        还有四套9层膜生产线应用向下吹泡。戴维斯标准(Davis-Standard)公司在2004年向一家俄罗斯客户提供其中一套,用于生产EVOH/nylon/LDPE材料的香肠外膜。麦克罗工程(Macro Engineering)在2003年向一家韩国企业提供了一套9层叠加模头,用于加工PVDC阻隔树脂的9层挤出双泡生产线上。宾顿制造了两套9层的Aquafrost生产线,它对PP/EVOH的下吹泡进行水淬。
        宾顿和格罗斯特两家公司都建造了具生产规模的9层膜实验生产线,能帮助那些进入9层膜竞技场的企业容易开发产品。宾顿总裁兼CEO Bud Smith预测9层膜将是“未来10年里的主要成长领域”。
        
        阻隔膜更加柔软
        
        高阻隔性薄膜被用于提高象肉、禽、鱼等冷冻产品和象奶粉、坚果、宠物食品和酒类的非冷冻型食品的货架寿命。除了高阻隔性以外,柔软是最为期望的性能。含有尼龙层的9层膜相对较为柔软,而5层和7层的尼龙阻隔膜就因为尼龙层较厚而发硬。
        
        9层膜具有多种的结构,以满足阻隔性、强度和外观上的多种需求。9层或10层吹塑膜比流延膜具有双向拉伸的优势,以使冷性强度更大。
        
        9层吹塑膜的一个主要吸引人之处是其对昂贵的尼龙材料的应用更省。9层膜把一个厚的尼龙阻隔层分离成几个薄层。这就获得了尼龙用量更少、阻隔性能更大的效果,而热成形性也有提高。因为尼龙层较薄,包装上的尖锐边角保持有阻隔材料,其数量为成形硬质五层膜时的两倍,所以没有应力开裂出现。较薄的尼龙层也减少了膜的卷缩,这对于5层和7层膜来说都是常见的问题。密封层在9层膜中也是更薄的。
        
        已经投资于9层膜的加工商还没有几个对它进行充分利用。例如,Plastopil公司只生产五六种不同的真正9层结构,每一种挤出机加工一种不同的树脂。多数时间里Plastopil只是在其9层膜生产线上加工五、六、七或八种不同的材料。
        
        特殊挤出机可以产生出在5层或7层生产线上不可能实现的层间比率,例如把相同的PE混合物放到四台并排放置的挤出机中。加工商们称9层膜生产线的产量也要比5层或7层膜生产线高,因为挤出机的规格更为均衡。
        
Optimum公司拥
有的生产线是为
高度的多功能性
而设计,也就是
说可生产几乎任
何层任何树脂。

        9层膜的厚度比7层膜的更为均一。据称没有自动模头纠错的9层膜生产线可以运行厚度偏差±5%的7层结构,而7层膜生产线在相近膜结构上能实现的最佳偏差控制为±6%。
        
        模头的差别
        
        多数9层模头是层叠型或薄饼型,但其它的为螺旋芯轴模头。两种类型有着天生的优点和缺点。例如,一个常见的9层阻隔结构在其芯部有着nylon/EVOH/nylon的夹层结构。宾顿的薄饼模头具有层间的隔温作用,把230-250℃下的尼龙与175-205℃之下的敏感EVOH分离。然而格罗斯特的螺旋模头没有温度隔绝,所以EVOH与260℃下的金属直接接触。螺旋模头有赖于短暂的停滞时间,避免类似EVOH的敏感树脂的过热。薄饼模头的缺点是水平螺纹和叠饼高度会造成比螺旋模头更长的流道。区别在于流道长度,当所有各层,如尼龙层和EVOH层在到达模头出口之前会结合在一起。对于螺旋芯轴模头来说这个距离是8〃,对于薄饼模头是18〃。
        
        理论上,叠加模头具有变层的灵活性,是通过变为针对不同树脂而被优化的薄饼。但在实际中,这是很少做到的。格罗斯特的螺旋模头较为难于改变膜层结构,尽管这也是可能的。格罗斯特的20〃模头在其交付使用一年后被修改。
        
        一些9层膜模头有着仅是针对两种或三种不同结构而被优化的流道。“阻隔层作为夹芯在中间,PE层是基层。如果在为LLDPE设计的流道中应用尼龙,压力将较低,厚度控制较少,”格罗斯特高级产品经理William Hellmuth解释说,“要是反过来也是这样。如果在为尼龙而设计的流道中应用LLDPE时,将以较高的压力和较高的温度而结束。”
        
        其它模头被设计用于加工任何层任何树脂。Optimum公司定制了一套9层膜生产线,具有市场上任何产品所具有的一些性能。Optimum对尼龙、EVOH、PP和PET进行“极度阻隔“的共挤出。它能在任何层中使用阻隔性或联结性树脂。Optimum应用五组结构,生产出约50种的9层膜产品。变量包括尼龙在哪里,它有多厚,以及可被用上的10种不同类别的尼龙。
        
设备管理对于9层膜生产
线是至关重要的。Optimum
塑料公司按字母顺序和数
字分别对挤出机和料仓进
行编号。

        Optimum公司也利用很高的夹膜框来冷却尼龙,以及振荡牵引和柔性卷取机,从而它既能卷取软质有弹性的膜材,也能卷取硬质膜材。由Reinhold定制的卷取机能够卷取直径达15〃的巨大卷筒。
        
        尽管膜泡内冷却是提高吹膜产量的常见工具,但它不能总是被用于9层膜当中。如果尼龙层位于或接近膜泡的内表面,那么膜泡内冷却就可能太快地冷却尼龙,从而尼龙不会与下一层附着在一起,结果分层。一种解决方案是在膜泡内冷却中利用工厂用压缩气体,而不是冷却气体。
        
        如果有多达三四条的不同霜白线存在,那么9层膜利用膜泡内冷却就复杂了。建造9层新结构的操作人员应当把膜泡内冷却感应器放置在最低位霜白线的正上方,并逐步发展直至膜泡“呼吸”停止。
        
        通常,9层膜生产线操作者必须非常熟练,很多的9层膜生产工厂在操作人员身上并没有很多的支出。如果支出很多,那就决不会让9层膜生产线保持着运转。
        
        高代价的试验与失败
        
        发展新型9层膜产品的大问题是了解哪些树脂有着合适的流动性能来成功地结合在一起。把低粘度的尼龙或EVOH薄层与粘性大的聚烯烃层紧贴着,可能产生界面不稳定性,会导致薄膜中出现难看的波纹或锯齿状图案。
        
        麦克罗总裁Mirek Planeta称流动性模拟可以在设计9层膜产品时节省大量的时间。麦克罗提供的9层膜生产线具有Pro/Process模拟软件。因为这套电脑软件是专为麦克罗的每条生产线定制的,加工商输入树脂类型和它想要运行的厚度。Pro/Process预见到问题并提供解决方案,例如如何改变层率。
        
格罗斯特的9层螺旋芯轴
模头不会热隔离较热或较
冷的树脂,但依靠较短的
流道来防止热敏感型树脂
分解。

        模拟并不总是可行的,因为事实上在9层中所用的所有材料都是混合物。树脂混合物的流变数据难于取得。小量的混合物必须被挤压、弄碎和在流变仪中被测试。
        
        匹配熔体弹性可能和匹配熔体粘度同等的重要。两种背靠背材料的伸长性能不应当相差太大。最有弹性的树脂可能在与不易伸展的材料结合时引起界面的不稳定。
        
        即便一切正常,开发新型9层阻隔膜会产生出许多的值钱废料。这就是为什么一家9层膜生产商不愿意尝试新的膜结构的原因,除非产品队伍能证明按照估计的可能市场规模下的成本是合理的。
        
        “极端的”材料处理
        
        9层的材料处理系统必须进行小心谨慎的安排,因为它们可能会不得不处理30到40种不同的成分。两台挤出机通常要比其它的略大,并能混合五或六种成分。其它七台挤出机有着两台到四台的料斗。
        
        Optimum塑料公司按字母顺序对其9台挤出机贴上标签,按数字顺序对每台加料斗贴上标签。散料挤出机A有A1、A2、A3、A4和A5五台料斗,它们与对应的有记号箱子或料仓喂料管联结。
        
        在加拿大运转的一套9层吹膜生产线有着同样精心制作的材料处理装备,第二层和第八层为散料层,每台2.5〃口径挤出机带五个料斗。其余7台挤出机(2〃)每台针对阻隔层和联结层有三个料斗,一般由散料箱加料。
        
        在这样的装备中更换树脂可能是棘手的。聚烯烃需很少或不用清洗就可被更换。但由尼龙、EVOH或离聚物变换到其它树脂,就需要认真的清洗了。这种清洗是针对所有的9层来进行的,以避免气泡消失。需要花半个小时到几小时来清洗一层。这样就会产生大量的废物。
        
        最大的风险是少量的尼龙,甚至是一些胶粒,可能在被变换到PE时被留在挤出机内。因为PE的运行是在凉得多的情况下,所以尼龙粒料不会熔化,而会在流道内某个地方粘住,然后其它聚合物被挂住。停滞的材料会分解,并出现黑斑。需要花几天到一周的时间来调整这种情况。
        
        更换的代价是不菲的,所以加工商尽力把生产安排在一起,这样他们就不必同时更换两台或三台以上的挤出机。但这并不总是可行的。
        
        减少废料是个大问题。生产线有着很高的产量,所以专用9层膜的生产运行可能只要用两或三个小时。变换到运行下一种产品可能费时一样长或更长。有的时候不算贵的完全聚烯烃薄膜可被用来完成真正9层膜生产的清洗。

 


分享到:

上一篇:高分子的解释

下一篇:功能性包装材料分析(上)