Об упаковке - Для упаковки

Методика анализа и выбора стретч-пленки (часть 1-я)

Добавить статьюПодписка на рассылкуПоиск по разделу

22.05.2008

Сегментация мирового рынка паллетной стретч-пленки в зависимости от способа производстваВ статье рассмотрен комплексный анализ влияния параметров производства на основные свойства поливной стретч-пленки, даны ее характеристики и методы измерения в соответствии с нормативной документацией. Кроме того, проведен наглядный анализ четырех опытных образцов и сделаны практические выводы относительно их использования на производстве.

По данным одного из крупнейших мировых поставщиков стретч-пленок (рис .1) — компании MDA — наиболее популярным у производителей является поливной способ производства стретч-пленок. На долю поливной пленки приходится до 70% (2,55 млн тонн) от совокупного объема производства. Соответственно доля выдувной пленки составляет 30%.

Эти данные объясняются, прежде всего, отличием пленки в качественных показателях. У поливной пленки они выше. Поэтому влияние параметров производства будем рассматривать на примере пленки, полученной поливным способом.

В табл. 1 представлено влияние составляющих технологического процесса на основные свойства пленки. Рассмотрение параметров будет строиться по принципу иерархического построения задач на предприятии.

Примечание/Механизм влияния

Оценка влияния и свойство, на которое оказывается воздействие

Параметр производства

А. Структурные особенности полимерного сырья (ПЭ), используемого на производстве
1. Плотность полимера Влияет на глянец и прочностные показатели пленки. При увеличении плотности полимера растет его жесткость Небольшое увеличение плотности полимера способствует более упорядоченной структуре. Прочность при растяжении пленки, как считается, зависит в основном от индекса расплава, но кажущаяся хрупкость определяется преимущественно плотностью полимера: чем выше плотность, тем более хрупка пленка.
2. Кристалличность полимера Вызывает мутность пленки В принципе, плотность можно считать как меру кристалличности ПЭ. Мутность ПЭ связана с природой полимера (с надмолекулярной структурой), однако ударное охлаждение может дать почти прозрачную пленку (см. п. 8Б)
3. Индекс расплава С уменьшением ИР увеличивается прочность при растяжении, прочность на разрыв, термостойкость и ударная прочность, но затрудняются условия переработки На все перечисленные свойства оказывает влияние молекулярная масса полимера. С ее увеличением соответственно увеличивается длина молекулярной цепи, приводящая в случае линейности (имеется в виду либо линейная структура, либо, если это ПЭНП, то сокристаллизованные ответвления полимера на стадии передачи цепи) к более упорядоченной надмолекулярной структуре.
Б. Производственные факторы, непосредственно влияющие на свойства пленки

К ним относятся параметры, которые можно регулировать на машине. Изменить параметры можно путем установления на компьютере, соединенного с машиной, новых значений протекающего процесса.

1. Составление композиции готовой пленки с подбором процентного соотношения полимеров по слоям пленки От данного этапа производства зависят практически все свойства готового материала, особенно прочностные Примечание: правильно составить композицию пленки относительно требуемых эксплуатационных свойств возможно, лишь проведя ряд экспериментов, тем самым обеспечив лабораторию данными, необходимыми для дальнейшего проведения процесса. При налаженном производстве технолог использует информацию предыдущих опытов: рецепты и компьютерные данные, снятые в режиме производства, с наилучшими качественными показателями свойств пленки. В зависимости от композиции и плотности сырья ПЭ, использованного на каждом слое, будет зависеть температура переработки, а также оптические свойства материала и ударная прочность.
2. Точность дозирования гранулы на стадии подачи ее в экструдеры В зависимости от соотношения компонентов слоев изменяются свойства пленки, особенно прочностные В случае отклонения весовых долей по слоям от заданного значения возникает дисбаланс всего технологического процесса
3. Зональная температура перерабатываемого материала в экструдере, конструктивные особенности экструдеров Повышение температуры перерабатываемого материала ведет к увеличению глянца и снижению мутности. С ростом температуры ударная прочность растет, но при этом снижается прочность при растяжении в продольном направлении. Повышение температуры расплава снижает тенденцию к «сморщиванию» (см. п.10Б) По мере того, как расплав становится более горячим и текучим, молекулы получают больше времени для распрямления и в результате получается гладкая пленка с хорошим блеском и низкой мутностью. Понятно, что чем длиннее экструдер, тем более полно происходит гомогенизация расплава и переход его в вязкотекучее состояние, но нельзя забывать и об опасности термической деструкции при несоблюдении температурных режимов. Хотя для ПЭ данное явление мало вероятно, но в отдельных микрообъемах полимера возможна реализация любых деструктивных процессов. Повышение ударной прочности связано с тем, что достигается лучший баланс ориентации в обоих направлениях. ЛПЭНП проявляет более сильную тенденцию к ориентации, чем ПЭНП, и ориентируется в большей степени в продольном, а не поперечном направлении, то есть дает расщепление.
4. Рабочие характеристики фильтра В случае засорения фильтра ухудшаются оптические и прочностные свойства материала, а также внешний вид пленки Пропускание «кусочков» скоагулированного полимера нарушает целостность структуры пленки, тем самым создает опасность засорения плоскощелевой головки и обрыва пленки
5. Работоспособность блока соэкструзии В принципе, как и в вышеперечисленных пунктах, данная составляющая процесса определяет структурные особенности пленки. Особенно важно на данном этапе построения параметрических составляющих процесса правильно задать скорость и температуру соэкструзии
6. Температура и величина зазора в плоскощелевой головке Хотя и нет непосредственной зависимости толщины пленки от щелевого зазора головки, но, как правило, малые калибры требуют малых зазоров, и наоборот. Температура головки влияет на степень однородности пленки и скорость вытекания ее на поливной барабан Для изготовления пленки толщиной 25-27 мкм ширина зазорадолжна быть около 0,5 мм. Обычно одна из губок головки регулируется винтами, поэтому зазор можно менять. Температура головки и полимера в канале головки достигает 300°С. Важно поддерживать однородность температуры расплава. Головка всегда имеет несколько зон нагрева. Для сведения к минимуму вариации температуры и флуктуации качества пленки температура вдоль головки должна выдерживаться в жестких пределах с точностью до 1°С
7. Скорость движения пленки и охлаждения пленки на валках Увеличение скорости пленки ведет к ухудшению оптических свойств — усилению мутности и снижению глянца. Происходят изменения мутности материала Снижается тенденция молекул к ориентации, и концы молекул полимера, выступая наружу, создают неровную поверхность. Чем быстрее охлаждается пленка на пути от головки экструдера до линии кристаллизации, тем меньше мутность, связанная с кристаллизацией, и тем больше мутность из-за неоднородности потока
8. Температура поливного барабана и охлаждающих валков Снижение температуры охлаждающего валка повышает одновременно прозрачность и глянец пленок из ПЭВП. С падением температуры охлаждающих валков ударная прочность возрастает. Уменьшение температуры охлаждающего валка способствует «сморщиванию» (см. п.10Б) Это явление опять же связано с реализацией процесса кристаллизации, заключающегося здесь в том, что снижается вероятность образования излишне крупносфералитной структуры проявления. А также исключается проявление флуктуации поверхностной структуры пленки
9. Установление расстояния вытяжки На прочностные и оптические свойства пленки (опять же из-за кристаллизации) оказывает влияние расстояние между экструзионной головкой и охлаждающим валком. Оптимальное для получения хорошей пленки расстояние вытяжки зависит от размера оборудования и производительности, поэтому его нужно определять экспериментально. Как правило, оптимальное расстояние может варьироваться от 1 - 2 дюймов (2,54 - 5,08 см) на лабораторном оборудовании до 12 дюймов и более (30,48 см) в условиях реального производства
10. Установление линии кристаллизации на поливном барабане Увеличение высоты линии кристаллизации приводит к увеличению глянца и снижению мутности. «Сморщивание» Это связано с тем, что положение концов молекул изменяется по мере варьирования данного технологического параметра. До определенной величины молекулы ПЭ ориентируются, и исключается вероятность создания неровности поверхностного рельефа. Однако при превышении этой точки глянец уменьшается, а мутность соответственно увеличивается. «Сморщивание» вызывается неровностью линии кристаллизации на поливном барабане, что влечет вариации плотности в продольном направлении. Подобные различия плотности вызывают изменения длины, которые проявляются в виде небольших вздутий или складок. Повышение температуры расплава снижает тенденцию к «сморщиванию», тогда как уменьшение температуры охлаждающего валка способствует ей.
11. Точность позиционирования и установки толщиномера на линии Основная функция толщиномер понятна — это измерение толщины вырабатываемой пленки по всей ее ширине. Ведь при разнотолщинности пленки в последующем возникает ряд неприятностей, приводящих даже к отбраковыванию целых партий, так как данная пленка не будет отвечать предъявленным ей требованиям качества. Наличие автоматизированной системы на производстве практически исключает вероятность такого развития событий. Это связано с тем, что толщиномер выдает в режиме online значение толщины, и при отклонениях, даже малейших, включается сигнализация и осуществляется перерегулировка оборудования, отвечающего за данный показатель, а именно, скорость движения пленки и зазор в плоскощелевой головке

12. Система шанжирования, намоточная станция, утилизатор кромок

Обеспечивает равномерную динамику процесса намотки пленки на шпули за счет микроперемещений пленки по эксцентриситету балки, тем самым создавая на боковых срезах ролла идеально ровную поверхность, что говорит о высоком качестве системы

Определяемые на предприятиях характеристики стретч-пленки представлены в табл. 2.

Характеристики стретч-пленки по нормативной документации

Пункты 1 и 2 в табл. 2 считаются номинальными, так как по согласованию с заказчиком допускается изготавливать пленку другой толщины, ширины и длины.

Для реалистичности изложения материала были отобраны четыре образца пленки различных производителей, исследованы в лаборатории, одновременно проводилось сопоставление исследуемых образцов между собой с целью выявления недостатков с точки зрения технологического процесса.

Принят следующий алгоритм анализа свойств стретч-пленки:

  • Получение экспериментальных данных
  • Сортировка данных по убыванию показателей каждого образца.
  • Определение % превышения наименьшего допустимого значения (для наглядности в виде полотна пленки с распределением направлений и позиционированием каждого полученного показателя).
  • Аргументация большего или меньшего значения показателя.
  • Определение связи с технологическими параметрами и определение влияния данного показателя на другие свойства.

Определение толщины пленки

Измерения средней толщины пленки осуществляются непосредственно и никаких трудностей не представляют. Точное измерение толщины пленки имеет большое значение, поскольку некоторые свойства, такие как прочность при растяжении, предельное растяжение при разрыве, ударная прочность и стойкость к распространению трещин сильно зависят от толщины образца. Обычно толщина пленки составляет несколько десятков микрон. Толщину пленки измеряют микрометром.

Определение ширины намотки пленки

Ширину пленки измеряют металлической линейкой или металлической рулеткой по ГОСТ 7502. ГОСТ 427 распространяется на измерительные металлические линейки с пределами измерений до 3000 мм, с ценой деления 1 мм.

Результаты определения ширины намотки пленки и сортировка % отклонения

Определение прочности при растяжении и относительного удлинения

Прочность и относительное удлинение пленки при разрыве определяют по ГОСТ 14236 на 5 образцах.

ГОСТ 14236 распространяется на полимерные пленки и пленочные материалы толщиной до 1 мм и устанавливает метод испытания на растяжение.

Метод основан на растяжении испытуемого образца с определенной скоростью деформирования для определения показателей прочности при растяжении и значения относительного удлинения.

Настоящий стандарт не распространяется на пленки, изготовленные из армированных материалов или имеющие неровную поверхность. В качестве лабораторного оборудования применяется разрывная машина.

Экспериментальные значения обработаны и приведены в табл. 3 в соответствии с ГОСТ 14236, содержащем следующую методику и терминологию (выдержка из ГОСТа).

***

Продолжение статьи «Методика анализа и выбора стретч-пленки» будет опубликовано 27 мая 2008 г.

Для справки:

Редакция портала Unipack.Ru представляет новый Специальный выпуск «Все о пленках», который содержит исчерпывающие данные по различным видам пленок, технологиям их изготовления, последние тенденции рынка, базу производителей/поставщиков пленочных материалов, календарь тематических выставок и конференций и т.д.

Ознакомиться и скачать Спецвыпуск «Все о пленках» вы можете здесь


Автор:   Бучельникова Я.В., Коваленко М.В. – Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров

Источник: Журнал Packaging R&D

Все статьи рубрики Все статьиВерсия для печатиПоиск по разделу

Читайте по теме:

Все производители и поставщики продукции

На портале представлено: предприятий видов продукции и оборудования
Зарегистрировано: пользователей
Мы в соцсетях:
Рейтинг@Mail.ru