向九层吹塑薄膜发起挑战螺旋接头

向九层吹塑薄膜发起挑战

向九层吹塑薄膜发起挑战 2011年12月04日 来源： 九层吹膜技术从面世以来到如今已经接近10个年头了，然而目前仍然只有一少部分加工商掌握了这项技术。设备供应商目前正在建立实验性生产线以使这种技术尽快得到普及。9层吹塑薄膜技术的研究难度究竟有多大？以色列包装企业Plastopil Hazorea公司产品开发项目部经理Steve Arnautoff先生描述了他们公司上马九层吹膜生产线的艰辛之路。2001年Plastopil Hazorea公司开始从5层薄膜的生产跃进到9层薄膜的生产，此后整整花费了2年时间，Plastopil Hazorea公司才基本掌握9层吹塑薄膜的加工工艺。Steve Arnautoff先生承认，他们用了很长时间才掌握了生产线上材料流变学上的变化。不过在2003年，Plastopil Hazorea公司又上马了第2条9层吹塑薄膜生产线。

9层吹塑薄膜生产线的复杂性使全球只有不到20家企业完全掌握了该项技术

一家美国包装公司同时装配了9层吹塑薄膜生产线和流延薄膜生产线，流延膜生产的经验对于9层吹塑薄膜的生产是很有帮助的。“我们的主要产品是流延膜，我们的经验促使我们要寻求突破，”该公司技术负责人说，“我们看到从前的吹塑薄膜很难有很大的突破，即使是7层吹塑薄膜也是如此。然而9层吹塑薄膜完全不同，更多的层数使得包装产品更加容易发展变化，并开发出新产品。”加工商生产9层薄膜不完全追逐同一块市场，如果单纯说到竞争的话，加工商们更激烈的竞争是在层压或者电镀薄膜领域。很少有大的包装公司用9层薄膜生产他们的产品，反而是一些小的加工商提供9层薄膜并用来生产包装袋或衬垫。目前，市场上高阻隔薄膜方面的应用市场十分巨大，然而9层薄膜在这方面的应用还不是很引人注目，这或许是因为要避免更多的竞争的缘故。勇敢的先行者20世纪90年代末，一些吹塑薄膜生产商开始试验9层薄膜的生产。这些生产商大部分都具有7层薄膜的生产经验。新西兰的Holmes包装公司是第一家生产9层薄膜的公司。该公司在1997年安装了9层吹塑薄膜模头，1998年Holmes公司用9层薄膜包装奶粉。1年以后Holmes公司从Brampton公司购进了第二条9层薄膜生产线。第1台9层吹塑模头由Battenfeld Gloucester 公司制造，并于1998年7月份装配到Transpack Industries公司的生产线上，直径为10in.。9层薄膜吹塑技术打开了复杂薄膜生产技术的大门。从2000年开始，Brampton公司已经开始开发10层模头：其中1台在亚洲，另外2台安装在欧洲，最近售出的一台装配到芬兰的Wipak公司。10层结构具有更多结构上的选择以及聚合物种类上的选择，比如可以选用PET树脂等。当加工商将薄膜层数从3层增加到5层再提高到7层时，自然而言，9层薄膜的市场需求也逐渐走入到人们的视线中。几年之内，全球已经有数百台5层或7层薄膜生产线上马，然而9层薄膜生产线并未像7层薄膜生产线那样迅速普及，因为目前有很多途径提高薄膜的阻隔性，包括多层流延、贴合、层压、电镀以及表面涂覆等。设备制造商也不再匆忙地投身到9层薄膜市场。尽管德国的Windmoeller & Hoelscher公司和意大利的Macchi公司正在这一领域探索，然而欧洲的OEM似乎并不愿意在9层薄膜的生产上冒更大的风险。9层或10层模头的装配和运转已经被证明是十分困难的，以至于在模头推出8年以后，世界上只有25台设备装配了这两种模头，而装配这种模头的公司甚至少于12家。最早在美国应用此类模头的公司是Winpak公司和Optimum Plastics公司。Optimum公司在2003年购进了Brampton公司的20in.(1in=2.54cm)、9层模头和9台W&H挤出机；Winpak公司装配了1台24in.的9层Brampton生产线。Brampton公司是9层甚至更多层吹膜生产线的领先供应商，已经交付了3台10层模头和13台9层模头，其中包括世界上最大的一台直径达到31.5in.的模头在今年也已经交付使用，其产量达到1500lb/h。Gloucester公司已经售出了5台9层模头，该公司最大的9层模头是直径为20in.的一台挤出模头。有4台9层薄膜生产线采用的是向下吹出膜泡的技术。2004年，Davis-Standard公司将其中的一台交付给俄罗斯客户用以生产EVOH/nylon/LDPE香肠包装薄膜。该生产线采用6台1.5in.的挤出机加工出3in.宽的片材。Macro Engineering公司在2003年向一家韩国公司提供一台9层模头，该公司采用9台挤出机的双膜泡生产线来加工PVDC阻隔膜。Brampton公司装配了2条9层薄膜Aquafrost生产线，生产PP/EVOH薄膜。其中一条生产线运往芬兰的Nordpack公司，另一条的去向未经证实。Brampton 公司和 Gloucester公司都建立了生产规模的9层薄膜试验生产线以帮助客户尽快进入9层薄膜吹塑领域。Brampton 公司CEO兼总裁Bud Smith先生期待着9层薄膜能够在未来10年成为市场上主要的增长点。Brampton公司正在装配的生产线带有I-flex 可视控制圆盘模头，其直径为14in.。Gloucester公司正在建造的9层、16in.带有圆形喂料口的螺旋轴心模头，圆形喂料口采用新技术加工，据说能够防止材料悬挂。更软的阻隔膜高阻隔膜一般应用于包装冷冻产品，例如肉、家禽、奶酪以及鱼等，同时也可以包装非冷冻食品，如奶粉、坚果、宠物食品以及酒等。对于这类包装膜的要求，除了高阻隔性以外，还要求薄膜具有良好的柔性以利于将食品的小包装放到盒子里或大包装袋中。带有薄尼龙层的9层薄膜的相对柔性较好，而带有尼龙阻隔层的5层或7层薄膜因为尼龙层更厚则相对韧性更强。9层薄膜多样性的结构要求薄膜具有更高的阻隔性、强度以及美观性。例如，杀菌袋市场是一个新的市场，这种用作食品包装的袋子可以直接从煮沸的状态下转入到冷冻状态，反之亦然。9层或10层薄膜比流延膜的优势就是在低温状态下薄膜强度更高。9层吹塑薄膜更吸引人的地方是其能够节约昂贵的尼龙材料。9层薄膜将一个厚的尼龙阻隔层分成几个薄层，这使得加工商能够用更少的尼龙材料得到更好得阻隔效果，同时也提高了热成型能力。随着尼龙层的变薄，选用与5层薄膜同样多的阻隔材料，其加工性能更好，并且没有应力开裂现象发生。薄的尼龙层也减少了发生在5层或者7层薄膜上的卷曲。在9层薄膜上，密封层也能够做得更薄。目前，从事9层薄膜生产的加工商还没有发挥出这种薄膜的全部优势。例如，Plastopil公司在每台挤出机上挤出不同的树脂，而仅仅只生产6种不同结构的薄膜。大部分时间，该公司只在9层薄膜生产线上选用5、6、7或8种不同的材料。这种加工方法降低了薄膜结构的复杂程度，然而薄膜性能优势却能体现的独一无二。9层薄膜生产线的产量比5层或7层生产线的产量更大，因为挤出机的大小更加均衡。9层薄膜具有更加统一的规格。没有装配自动模头纠错系统的9层薄膜生产线能够以±5％的偏差加工7层薄膜，然而在7层薄膜生产线上，装配了最好的控制体系也只能将偏差控制在±6％以内。事实上，装配了自动厚度控制系统的9层薄膜生产线其薄膜厚度变化能够控制在±1.8％以内，而没有装配自动厚度控制系统的生产线也能控制在±4％以内。模头的差异大多数9层模头是层叠型或圆盘型模头，其他一些属于螺旋轴心模头。这两类模头都有其自身的优点和弱点。例如，通常的9层阻隔膜结构其芯层为PA/EVOH/PA，阻隔层之间不存在连接层。Brampton公司的圆盘型模头能够隔绝各层间温度，保持PA温度在230℃～250℃之间，而EVOH温度控制在175℃～205℃之间。然而Gloucester公司的螺旋轴心模头就没有层间隔绝温度的功能，所以接触金属模具表面的EVOH可能达到260℃。螺旋轴心模头依靠缩短加工时间以防止敏感的树脂例如EVOH等发生过热的现象。圆盘型模头的缺点是水平螺纹和层叠的高度会造成比螺旋模头更长的流道，因此总的来说，这两种模头的区别就在于流道长度。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。对于螺旋轴心模头来说这个距离是8in.，对于圆盘型模头来说是18in.。叠模在理论上能够通过优化各个圆盘以改变薄膜的各层。实际上，这是不可能的。Gloucester公司的螺旋模头更难于改变薄膜各个层间的结构，尽管在理论上那是可能的。当客户希望改变模头最初的设计结构时，Gloucester公司20in.模头必须在出厂1年之后才能进行改造。一些9层模头的流动通道被优化到只有2种或3种不同的结构。例如，可能某一层专门为尼龙或者LLDPE设计的。也有一些模头能够在每一层加工各种不同的树脂。Optimum Plastics公司在9层吹膜生产线市场上具有强大的竞争力，其生产线共挤出阻隔层材料包括尼龙、EVOH、PP甚至PET。该生产线能够在任意一层加工阻隔层或者粘接层。Optimum Plastics公司能够生产5组结构、50种9层薄膜产品，其可变因素包括尼龙置于哪里，厚度是多少以及不同种类尼龙的选择等。Optimum Plastics公司也利用很高的夹膜框来冷却尼龙，振荡牵引和柔性卷取机的应用使生产线能够处理柔性、延展性或者刚性薄膜。由Reinhold定制的卷取机能够卷取直径达15in.的巨大卷筒。 尽管膜泡内冷却是提高吹膜产量的常用技术，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，这将导致薄膜的分层。其中的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3、4条的不同霜白线存在，那么9层膜利用膜泡内冷却就变得十分复杂。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。试验与失败 开发新型9层薄膜产品的最大问题是要熟悉哪些树脂具有合适的流动性并能够结合在一起。例如，当低粘度的尼龙或EVOH薄层与粘性大的聚烯烃层贴合时，就可能产生界面不稳定，从而导致薄膜中出现难看的波纹或锯齿状图案。 Macro Engineering公司总裁Mirek Planeta先生称流动性模拟可以在设计9层薄膜产品时节省大量的时间。Macro Engineering公司提供的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Macro Engineering公司的生产线定制的。加工商输入树脂类型以及想要运行的厚度，Pro/Process就能够预见到问题并提供相应的解决方案。当然模拟并不能总是得到完美的结果，因为在9层薄膜中所用的所有材料都是混合物，而混合树脂的流变指数难以被确切地测定。匹配熔体弹性可能和匹配熔体粘度同等重要。两种相邻材料的伸长性能不应该相差太大，弹性强的树脂在与不易伸展的材料结合时可能引起界面的不稳定。 一般来说，开发新型9层阻隔膜会产生出许多有价值的废料。这也是为什么9层薄膜生产商不愿意尝试新的膜结构的原因，除非该产品按照估计的可能市场规模下，其成本是合理的。 “极端的”材料处理 9层的材料处理系统必须进行小心布置，因为它们可能会处理30～40种不同的成份。两台挤出机通常要比其他的略大，并能混合5～6种成份。其他七台挤出机有着2～4台料斗。Optimum Plastics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相联接。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2.5in.口径挤出机带5个料斗，其余7台挤出机（2in.）每台针对阻隔层和联结层有3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非常困难的。聚烯烃的清洗很容易，但由尼龙、EVOH或离聚物变换到其他树脂，清洗工作就变得相对复杂。而且这种清洗是针对所有的9层来进行的，通常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。 在清洗过程中，尼龙是最大的困扰。少量的尼龙甚至是一些胶粒，也可能在尼龙材料转换成PE时被留在挤出机内。因为PE的运行环境温度要比尼龙低得多，所以尼龙粒料不会熔化，而会粘在流道内某个地方。停滞的材料会分解，并出现黑斑，这需要花几天甚至一周的时间来调整。 原载MM《现代塑料》(end)

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