流延成型的定义及原理
熔融的塑料经过挤出后通过模头前端的缝隙流出,形成薄膜,离开模头后,熔体经过一个短的间隙,到达低温的流延辊面而急剧冷却定型。为了防止塑料熔体因热胀冷缩而产生过大的“缩颈”与卷边现象,人们在流延辊两侧设置了气刀或电子锁边装置;即用压缩空气或高压离子流,作用在塑料薄膜上,使其紧贴在流延辊面上。同时,为了避免流延辊在转动时,将空气带入薄膜与冷却辊之间,产生气泡,降低冷却效果并影响薄膜的成型质量,在膜的正面设置了正压风刀,反而设置了风压室。通过正压风刀将压缩空气吹向挤出的熔融膜,产生“压力”;双腔真空吸气装置抽真空时对熔体膜产生“吸力”,这一压一吸,将冷却辊表面云状夹带的空气吸走,保证熔融薄膜与冷却流延辊的紧密接触,提高了塑料薄膜的成型效率和质量。
成膜区时影响薄膜质量的关键部位,操作非常重要。必须控制好气刀位置,气刀风速和真空度,使膜帘紧贴流延冷却辊,且位置保持稳定,距冷却辊位置尽量近,否则会产生薄膜厚度不均和表面气纹等质量缺陷。气刀的风量要控制适宜,风量过小、压力不足,贴辊效果变差,薄膜易产生横波。气刀对流延辊的角度也十分重要,如不正确,也会使薄膜表面产生气泡。
在流延薄膜的挤出中,主要冷却过程发生在流延辊上,其余的冷却过程中发生在其他冷却辊上。流延辊、冷却辊依靠强制水循环冷却,为了提高冷却效果,降低辊筒表面温差,流延辊、冷却辊设计为夹套式,冷却水的交叉流动,减少了辊筒表面温差,保证了塑料薄膜冷却均匀。
为了进一步提高塑料薄膜冷却效果,在流延辊与冷却辊之间,有的还增加了一个开有“人”字螺旋槽的橡胶清洁辊,它的作用是进一步排除薄膜与冷却辊之间夹入的空气,另一个作用是清除在塑化成型过程中黏附在薄膜表面的析出物,保证薄膜的质量。其安装位置可手工调节,与冷却辊的接触和分离由气缸动作来实现。
模唇到流延辊的距离我们成为“气隙”。此距离过大,熔体易受外界因素的影响产生波动,薄膜厚度随之发生变化。同时,熔体易受空气氧化,透明度变差,而且“缩颈”与卷边现象加大。为了得到合理的模唇到流延辊的距离,设置了流延辊升降装置,升降采用减速器和升降丝杆机构组成,可根据流延的工艺要求,调节模头与流延棍面的距离。
为了方便操作,清洁和维修保养模头,设置了流延部件前后移动装置,流延成型装置的前后移动采用变速传动机构,驱动架设在两铁轨上的轮轴来实现;前后移动距离由铁轨上的行程开关定位可按工艺要求确定。为了避免流延辊在前后移动与升降时,因误操作而造成与模头相撞,而造成设备损坏,我们在电气设置了互锁装置,即只有当流延部件前后移动前移到位时,才能启动流延辊升降动作;同样,即只有当流延辊部件升降机构下降到位时,才能启动流延辊前后移动机构。
CPP薄膜是由流延方法制得的未拉伸聚丙烯薄膜,该产品具有质量轻,透明度高,机械适应性强,防湿性、耐热性能好等特点。其主要是作为基材被广泛应用于复合包装材料中,与其它薄膜复合。因为其耐热性好,经常用于蒸煮食品的包装,可分为高温蒸煮级和一般蒸者级两种。高温蒸煮级CPP薄膜,主要用于与其它薄膜经干式复合制得各种包装袋,能耐120℃以上蒸煮杀菌;一般蒸者级CPP薄膜,只能在120℃以下煮沸杀菌。
我国自80年代开始引进开发此项技术,由于当时人们对CPP薄膜的应用和加工还缺乏一定的了解和认识,使其应用受到了极大的限制。近年来,随着食品包装要求和标准的不断提高,以及塑料薄膜在食品包装中应用的进一步推广,人们对蒸煮级CPP薄膜有了更深刻的认识。其中性能好,质量高的蒸煮级CPP薄膜的市场需求量呈飞速增长态势。
一、 生产过程
1、工艺流程:
CPP薄膜是以聚丙烯为主要原料,通过T型机头,挤出流延而制得。这种制法特点为:
(1)平膜法省去管膜法的吹膜阶段,容易开车,而且废料少;
(2)平膜法生产时,PP分子排列有序,故有利于提高薄膜的透明性、光泽度及厚薄均匀度,适合于高档商品包装;
(3) 平膜内设有特殊滞留槽,能与模隙成为一体,调整更为方便。
2、工艺流程如图:
CPP薄膜工艺流程
二、 原材料的选择对产品性能的影响
蒸煮级CPP薄膜是指能与PET、NY、铝箔等通过干式复合后,而耐高温蒸煮杀菌的复合用基材薄膜,这类薄膜主要采用共聚聚丙烯原料。当用于高温蒸煮时(耐120℃以上蒸煮杀菌),则采用嵌段共聚聚丙烯制得,当用于一般蒸煮时(耐100~120℃以下),则由无共聚聚丙烯制得。生产蒸煮级CPP薄膜所用共聚物由于经过了共聚改性,使得蒸煮级的抗冲击强度明显高于非蒸煮级的,因此,对液体及硬物包装的安全性能比较好,并适用于冰箱内存放。
三、 加工工艺条件对薄膜性能的影响
蒸煮级CPP薄膜的质量和性能除了受原材料的影响之外,其加工工艺条件的选择是决定产品质量的主要因素。在薄膜的加工生产中,主要的工艺条件包括加工温度,冷却辊温度、牵引速度,收卷张力和电晕处理等。
1、加工温度的影响
在蒸煮级CPP薄膜流延工艺中,首要的参数是温度,温度选择及控制是否适宜,直接影响着薄膜的物理机械性能和化学性能。一般而言,共聚型聚丙烯的挤出温度一般在240℃以下,实际生产中应根据原料性能的特点,严格控制加工温度。由于蒸煮级CPP薄膜用于蒸煮食品包装对韧性要求较高,并要求薄膜具有较高的耐冲击性能,所以控制结晶度是极其重要的。加工温度的升高,会使从T型机头流延的熔体和冷却辊的温度差增大,能更有效地降低结晶速度、减少结晶度,使薄膜的透明性提高,而且冲击强度和伸长率都有所增加,并且热封温度会下降,但同时拉伸强度会有所降低。
2、冷却辊温度的影响
冷却辊温度的高低,直接影响到薄膜的透明度。通常情况下,冷却辊的温度越高,其结晶度越大,薄膜的透明度越差。为了提高其透明度,应加强冷却效果,降低冷却辊的温度,以减少薄膜的结晶度。一般情况下,冷却辊的温度选择在30℃左右。在考虑冷却辊温度度的同时,适当的增加空气的通风量,也有利于薄膜透明度的提高。此外,冷却辊的温度对薄膜的强度也有很大的影响。而薄膜的厚度与冷却辊温度却有直接的关系,当冷却辊的温度一定,增加薄膜的厚度会使冷却速度下降,薄膜内的结晶度提高,导致薄膜的透明度下降。同时,由于薄膜厚度增加,冷却不充分,会使得薄膜出现粘辊现象,限制了薄膜的生产速度和产量,但提高薄膜的厚度却能提高薄膜的冲击强度,提高包装的安全性。
3、牵引速度的影响
在蒸煮级CPP薄膜的生产过程中,牵引速度是产生分子定向的一个最主要原因。熔体通过T型机头挤出后,只是在流动方向上有少量的定向,在牵引速度的作用下,聚合物分子会在纵向上产生较大的定向作用,从而使薄膜的纵向拉伸强度提高,但相对伸长率会因此而降低。为了减少纵横两向的更大差异,提高薄膜的应用性能,加工时应适当的控制牵引速度。另外,牵引速度的大小,还对薄膜的厚度产生一定的影响。在挤出速度一定的情况下,牵引速度加快,会使得薄膜的厚度减小,而影响其使用的性能。
4、收卷张力的影响
在蒸煮级CPP薄膜加工中,收卷张力直接影响到薄膜的质量。通常情况下,收卷张力过大,不利于薄膜的松弛,薄膜定型后,会出现冷拉现象,严重影响薄膜的性能,而收卷张力过小,则会给分切带来一定的困难,在分切中分切张力难于控制。因此在生产中,收卷张力应根据材料的特性,调节适当的张力。同时,还要根据薄膜的厚度进行适当的调整,若薄膜较厚,则收卷张力应选择稍大一些,若薄膜较薄,则应适当的降低张力。
5、电晕处理的影响
当蒸煮级CPP薄膜作为复合薄膜基材使用,或用于印刷时,必须进行电晕处理,以提高油墨的粘附力和复合强度。通常情况下,能够满足印刷和复合要求的薄膜,其表面张力必须达到38dyn/cm以上,但经过电晕处理后,薄膜的表面张力会随着时间的推移有所下降。因此,在生产时,应使得薄膜的表面张力比实际要求达到的张力值要大一些,为抵消由于下降而引起的影响。表面张力的下降幅度主要与原料内部的低分子添加剂的含量有关。一般低分子添加物越多,则表面张力的下降幅度越大。在生产中需要实际测试来确定下降的幅度,以决定处理值的大小。通常处理达42dyn/cm即可。如果处理程度过大,则薄膜表面氧化过度,薄膜变得发脆,薄膜的机械强度下降
流延聚丙烯薄膜是采用流延工艺生产的聚丙烯薄膜。
分为通用CPP(General CPP,简称GCPP)薄膜、镀铝级CPP(Metalize CPP,简称MCPP)薄膜和蒸煮级CPP(Retort CPP,简称RCPP)薄膜,透明度极好,厚度均匀,且纵横向的性能均匀,一般用做复合薄膜的内层材料。普通CPP 薄膜的厚度一般在25~50μm 之间,与OPP复合后透明度较好,表面光亮,手感坚挺,一般的礼品包装袋都采用此种材料。这种薄膜还具有良好的热封性。蒸煮级CPP 薄膜的厚度一般在60~80 μ m 之间,能耐121℃、30 min的高温蒸煮,耐油性、气密性较好,且热封强度较高,一般的肉类包装内层均采用蒸煮级的CPP薄膜。
工艺特点
CPP 工艺一般采用T型模头法,这种制法特点为:
(1)平膜法省去管膜法的吹膜阶段,容易开车,废料少
(2)平膜法生产时,PP分子排列有序,故有利于提高薄膜的透明性、光泽及厚薄均匀度,适合于高级包装
(3)平膜内设有特殊滞留槽,能与模隙成为一体,调整方便。
流延聚丙烯生产工艺流程图
CPP薄膜生产工艺示意图
2、流延机制作流延膜工艺:
采用高精密电子陶瓷流延机运用氧化铝作为陶瓷流延的主要原材料先把粉碎好的粉料与粘结剂、增塑剂、分散剂、溶剂混合制成具有一定黏度的料浆,料浆从料斗流下,被刮刀以一定厚度刮压涂敷在专用基带上,经干燥、固化后从上剥下成为生坯带的薄膜,然后根据成品的尺寸和形状需要对生坯带作冲切、层合等加工处理,制成待烧结的毛坯成品。具有成本低、质量高、无毒害、生产工艺简单等优点。
1、长丝是指连续的纤维,如蚕丝及化纤制丝时喷出的连续丝束。通常用十几根或数十根单根长丝并合在一起织造,织物表面光滑,光泽较强。
2、短纤维是指长度在几毫米至几十毫米的纤维,如棉、毛、麻等天然纤维。