Care sunt factorii care afectează proprietățile fizice și mecanice ale filmului BOPE?

Odată cu sinteza și modificarea materiilor prime ale filmelor polimerice și dezvoltarea tehnologiei de întindere biaxială a filmului plat, au apărut succesiv multe filme de întindere biaxială cu performanțe excelente. În prezent, principalele filme de întindere a filmului plat sunt BOPP, BOPET și BOPA.

Deși polietilena (PE) a fost disponibilă de mulți ani, utilizarea sa în producția de filme este uriașă, în principal film suflat, film de curgere și film de întindere unidirecțională, în timp ce filmul de polietilenă de întindere bidirecțională (BOPE) preparat prin tehnologia de întindere bidirecțională a filmului plat a fost propus ca un nou material de film în 2009.   Performanța excelentă și economia considerabilă fac ca BOPE să prezinte avantaje evidente în comparație cu filmele PE tradiționale și, de asemenea, are unele proprietăți unice pe care filmele PE tradiționale nu le au.

Deși baza teoretică a tracțiunii biaxiale a BOPP, BOPET și BOPA a fost stabilită în urmă cu mulți ani și este utilizată pe scară largă în producția reală, teoria tracțiunii biaxiale a PE ca material obișnuit pentru filme subțiri nu a fost încă stabilită sistematic. Unul dintre motivele principale este că cercetarea și dezvoltarea materiilor prime PE potrivite pentru tracțiunea biaxială este relativ lentă.

Metoda de întindere bidirecțională a filmului plat este o metodă de turnare și prelucrare a materialelor plastice cu cerințe tehnice foarte ridicate. Pe lângă necesitatea de a avea echipamente de prelucrare cu performanțe bune și materii prime adecvate, este mai important ca personalul de producție să înțeleagă și să stăpânească profund performanța materiilor prime și influența condițiilor de prelucrare asupra performanței produsului.   Dezvoltarea și îmbunătățirea materiilor prime și stabilirea procesului de producție și a teoriei se influențează reciproc și se restricționează reciproc, astfel încât nu există vânzări BOPE produse prin metoda membranei plate.   Deoarece nu există o tehnologie de proces matură și echipamente de producție specifice BOPE, există multe lucruri pe care trebuie să le explorăm constant în procesul de dezvoltare BOPE.   Procesul principal de producție a filmului BOPE

BOPE este produs prin tracțiune biaxială succesivă prin metoda filmului plat, iar procesul său de producție este similar cu cel al BOPP, BOPET și BOPA;

PE este principala materie primă pentru filmul BOPE.   Odată cu dezvoltarea tehnologiei de sinteză a polietilenei, au fost dezvoltate o varietate de metode de polimerizare diferite, o varietate de tipuri de catalizatori și tehnologii de polimerizare și, din aceasta, au fost dezvoltate mai multe soiuri de polietilenă: polietilenă de înaltă densitate (HDPE), polietilena de densitate scăzută (LDPE), polietilena liniară de densitate scăzută (LLDPE) și polietilenul metalocenic.   În general, structura moleculară, masa molară și distribuția rășinii de polietilenă sunt controlate prin modificarea tipului și cantității de comonomer, a metodei de polimerizare și a tipului de catalizator.

Există multe tipuri de materii prime PE, iar performanțele lor sunt, de asemenea, foarte diferite. În prezent, un număr mare de LDPE și LLDPE sunt utilizate în producția de produse cu film suflat.   În prezent, BOPE nu este produs foarte mult prin metoda membranei plate.   În practică, am constatat că LDPE sau LLDPE cu o rată de curgere a masei de topire mică (de obicei, valoarea MFR este mai mică de 4g/10rain), o distribuție largă a masei molare sau chiar o distribuție bimodală este potrivită pentru producția BOPE.

LLDPE este o metodă de joasă presiune, sub acțiunea unui catalizator cu activitate ridicată cu structură de coordonare, etilena și α-olefina sunt copolimerizate. Metoda de polimerizare a LLDPE este practic aceeași cu cea a HDPE, astfel încât structura sa moleculară este aceeași cu cea a HDPE, în formă de lanț drept.   Cu toate acestea, datorită introducerii α-olefinei, există multe lanțuri ramificate scurte și regulate pe lanțul molecular.   Lungimea lanțului ramificat al LLDPE este în general mai mare decât cea a HDPE, iar numărul de lanțuri ramificate este, de asemenea, mare.   În comparație cu LDPE, LLDPE nu are lanțul ramificat lung unic LDPE.   Lanțul molecular al LLDPE este o structură cu ramuri scurte. Regularitatea structurii sale moleculare este între LDPE și HDPE, iar densitatea și cristalinitatea sa sunt, de asemenea, între HDPE și LDPE.   În plus, distribuția masei molare a LLDPE este mai îngustă decât cea a LDPE, iar masa molară este mai mare, atunci vâscozitatea topiturii este mai mare decât cea a LDPE, performanța de procesare este slabă și fenomenul de rupere a topiturii este predispus.   Tocmai datorită caracteristicilor structurii LLDPE, performanța sa este similară cu cea a LDPE și are caracteristicile HDPE.

Structura moleculară a PE este regulată, lanțul molecular este foarte moale și poate cristaliza rapid.   Și de obicei poate atinge o cristalinitate ridicată.   De obicei, PE va avea loc mai mult sau mai puțin oxidare termică și reticulare în timpul procesului de prelucrare, provocând astfel puncte de cristal, gel sau chiar cocsificare.   Prin urmare, proiectarea unui sistem de extrudare adecvat este foarte importantă în procesul de dezvoltare a filmului BOPE.

Până în prezent, materiile prime utilizate de Buddha Plastic Technology în cercetarea și dezvoltarea BOPE sunt în principal LLDPE.   Datorită caracteristicilor sale structurale, LLDPE are o vâscozitate ridicată a topiturii în timpul extrudării și formării. Extruderul trebuie să fie echipat cu un motor cu putere mai mare. Sarcina este de obicei cu 25% până la 30% mai mare decât atunci când extrudați LDPE. În același timp, ar trebui să alegeți și un rulment de împingere cu un nivel de rezistență mai mare și să alegeți un șurub cu un diametru lung mai mic și o canelură   Dacă raportul lungime-diametru al șurubului nu poate fi modificat, secțiunea de măsurare poate fi scurtată ca compensare.   Folosirea unui astfel de design poate reduce eficient cuplul de acționare a șurubului, iar adâncirea canelurii șurubului în secțiunea de măsurare este, de asemenea, favorabilă controlului temperaturii topiturii și obținerii vâscozității de prelucrare adecvate a topiturii.   LLDPE este predispus la ruperea topiturii, iar filmul este predispus la modele de piele de pește.

Pe lângă proiectarea șurubului extruderului în conformitate cu cerințele de mai sus, soluția trebuie să mărească și decalajul buzelor matriței și să crească temperatura capului matriței și a tubului de conectare din apropiere.   Creșterea decalajului buzelor matriței și creșterea temperaturii reduc forfecarea topiturii și evită, de asemenea, presiunea excesivă a capului matriței.   În comparație cu LDPE, Tm al LLDPE este mai mare, iar temperatura de extrudare este, de asemenea, mai mare, de obicei în jur de 170-230 ℃. Se adoptă o distribuție a temperaturii relativ stabilă de-a lungul fiecărei secțiuni a șurubului până la matriță.

Extensibilitatea filmelor de materiale polimerice cristaline depinde în principiu de cristalinitatea, dimensiunea sferulitelor și caracteristicile de deformare, în timp ce cristalinitatea, dimensiunea sferulitelor și ductilitatea acestora sunt controlate de condițiile de răcire și întărire în timpul turnării foii.   Prin urmare, este necesar să se ia în considerare pe deplin influența echipamentelor și a condițiilor de funcționare asupra răcirii și asimilării topiturii polimerului atunci când se realizează foaie groasă neîntinsă cu structură sferulitică pentru întinderea biaxială.

Pentru foile turnate BOPET și BOPA, foile groase amorfe sau cu cristalinitate scăzută sunt obținute prin răcirea rapidă, în timp ce foile turnate BOPP sunt obținute prin răcirea rapidă a foilor groase cu cristalinitate scăzută și dimensiune mică a cerealelor, în timp ce pentru PE cu structură foarte regulată, este extrem de ușor de cristalizat, iar Tg este foarte scăzut.   Aspectul foii groase are o mare influență asupra formării filmului și aspectului BOPE, astfel încât foaia turnată este o verigă foarte importantă în producția BOPE.   Deoarece PE este extrem de ușor de cristalizat, este ușor să creați un număr mare de gropi pe suprafață din cauza răcirii inegale și a cristalizării inegale a foii.   Răcirea inegală a ambelor părți în timpul turnării foii poate provoca cu ușurință deformarea foii groase. În condițiile normale ale dispozitivului de presare a marginii, este de obicei necesar să se regleze temperatura rolei de turnare și temperatura apei chiuvetei de răcire.

Raportul de întindere este un parametru de proces foarte important, indiferent dacă este longitudinal sau transversal, are o mare influență asupra proprietăților fizice și mecanice ale filmului de întindere biaxială.   La o anumită temperatură, cu cât este mai mare raportul de întindere, cu atât este mai mare produsul raportului de întindere longitudinală/transversală și cu atât este mai mare gradul de orientare a filmului, cu atât rezistența mecanică, modulul, rezistența la puncție, bariera de gaz, strălucirea suprafeței și alte proprietăți ale filmului vor fi îmbunătățite.

Tensiunea biaxială poate schimba proprietățile fizice și mecanice cuprinzătoare ale filmului.   Odată cu creșterea raportului de întindere și a gradului de orientare, numărul segmentelor de îndreptare a polimerului crește, segmentele de legătură dintre napolitane cresc treptat, densitatea și rezistența filmului cresc în consecință, iar alungirea la rupere va scădea.   Diferența dintre raportul de tracțiune longitudinal/transversal determină în mare măsură diferența dintre proprietățile fizice și mecanice ale filmului longitudinal/transversal.   Când se utilizează întinderea sincronă, raportul de întindere longitudinal/transversal nu este foarte diferit și nu există nicio diferență evidentă în orientarea moleculară în cele două direcții.   Atunci când se utilizează întinderea bidirecțională pas cu pas, trebuie luată în considerare influența preîncălzirii întinderii transversale pentru a face întinderea longitudinală și orientarea segmentului de lanț orientat pentru a rezolva orientarea asupra performanței longitudinale. Prin urmare, atunci când se utilizează metoda de întindere bidirecțională pas cu pas pentru a produce filme cu performanțe longitudinale mai mari decât performanțele transversale, alegerea raportului de întindere longitudinală/transversală este foarte importantă.

Întinderea transversală a filmului de întindere biaxială este un proces important și complex, iar întregul proces se desfășoară într-un mediu termic continuu.   Pentru întinderea transversală a filmelor BOPP, BOPA și BOPET, există mai multe puncte de pornire a întinderii, care sunt cauzate în principal de anumite puncte slabe transversale, rata de întindere transversală mai mare și existența impurităților, a bulelor și a defectelor de aspect în film.   În același timp, întinderea laterală are problema „ întinderii treptate ” și a „ multiplului de întindere inerent ”, adică în timpul procesului de întindere laterală, există mai multe „ puncte treptate ” care sunt întinse brusc la multiplul maxim în partea transversală a filmului. Pe măsură ce procesul de întindere progresează, „ treptele ” se extind treptat pe ambele părți,   Până când întinderea atinge „ multiplul de întindere inerent ” (adică produsul raportului de întindere longitudinal/orizontal), întregul format poate fi întins uniform pentru a obține un film cu grosime uniformă.

Întinderea PE are, de asemenea, mai multe puncte de pornire și un "raport inerent de întindere". Raportul inerent de întindere" al metallocenului LLDPE cu un debit masic de topire de aproximativ 2g/10min este de aproximativ 40 de ori, cu un raport longitudinal de întindere de 3,5-6 ori și un raport transversal de întindere de 7-10 ori, care este similar cu BOPP.

Distribuția temperaturii și temperaturii în fiecare zonă de întindere sunt factori cheie care afectează orientarea întinderii și cristalizarea filmelor subțiri. Temperatura afectează orientarea lanțurilor moleculare polimerice și formarea cristalelor prin influențarea activității lanțurilor moleculare.

Atunci când temperatura de întindere este mai mare decât Tm, capacitatea de activitate a lanțurilor moleculare polimerice este foarte puternică. Într-o perioadă scurtă de timp, cu foarte puțin stres, pot fi obținute decontanglement, alunecare, orientare și de orientare a lanțurilor moleculare polimerice. Acest lucru duce la un grad scăzut de orientare a filmului, iar rezistența filmului nu este îmbunătățită semnificativ. Atunci când temperatura de întindere este sub Tg, forțele externe pot provoca doar modificări ușoare în unghiul de întindere, vibrații și legături ale legăturilor chimice moleculare polimerice, rezultând o deformare elastică. Când temperatura de întindere este între Tg și Tm (sau Tf), segmentele moleculare polimerice au o activitate puternică, dar lanțurile moleculare nu se pot mișca în ansamblu. Aplicând o anumită forță externă, materialele polimerice pot suferi simultan atât deformare elastică, cât și deformare vâscoasă. Stresul de încălzire și de tracțiune al echipamentului permite lanțurilor moleculare polimerice să depășească constrângerile anumitor puncte fizice de legătură încrucișată, determinând segmentele moleculare polimerice și lanțurile să se deplaseze și să mențină orientarea de-a lungul direcției de stres. Pentru marea majoritate a materialelor polimerice termoplastice amorfe sau semicristaline, intervalul de temperatură de tracțiune este între Tg și Tm (sau Tf). PP, PA6, PET sunt materiale semicristaline cu Tg ridicat. În procesul de producție a filmelor orientate biaxial, cum ar fi BOPP, BOPA, BOPET, etc., foile de cristalinitate scăzută sau amorf sunt obținute prin turnare la temperaturi scăzute, iar regiunea amorf devine o fază continuă. Partea amorfă poate avea o capacitate puternică de activitate la temperaturi mai scăzute și poate fi întinsă în starea de elasticitate ridicată a Tg Tm (sau Tf). Datorită capacității sale puternice de cristalizare, zona de cristalizare devine o fază continuă, ceea ce face dificil pentru PE să se întindă biaxial într-un film la temperaturi mai scăzute. Intervalul de temperaturi de întindere a PE este între temperatura de topire a cristalizării și Tm, iar intervalul de temperatură pentru întindere biaxială este mai îngust decât cel al PP, PA6 și PET.

În același timp, PE are o puternică capacitate de cristalizare, de asemenea, pentru a preveni creșterea bruscă a preîncălzirii și a cristalizării în timpul întinderii, preîncălzirea și temperatura de întindere aleasă ar trebui să evite intervalul de temperatură al vitezei de cristalizare maxime. Practica a dovedit că, în condiția menținerii membranei, utilizarea preîncălzirii scăzute și a temperaturii de întindere este o metodă eficientă de îmbunătățire a orientării și a rezistenței mecanice a filmului BOPE. Deoarece intervalul de temperatură de întindere a PE este între temperatura de topire a începutului de cristalizare și Tm, în același timp, temperatura vitezei de cristalizare maxime a materialului PE este, de asemenea, în intervalul de temperatură menționat mai sus, temperatura preacălzită prea mare va duce la rola lipicioasă de întindere longitudinală, cristalizarea rapidă a filmului subțire, astfel încât transparenca filmului subțire să scadă; Temperatura de întindere este prea ridicată, în afară de rola adesivă ușor de produs, face lanțul molecular de polimer și segmentul lanțului ușor de dezorientat, în detrimentul îmbunătățirii proprietăților mecanice ale filmului subțire. Datorită intervalului spațial mare al întinderii laterale, pentru echipamentul de întindere laterală care utilizează încălzire cu aer cald, temperatura aerului cald, controlul presiunii vântului de încălzire trebuie să fie uniform și stabil, în caz contrar, va afecta uniformitatea și continuitatea întinderii laterale a filmului BOPE, afectând astfel uniformitatea grosimii orizontale a filmului subțire.

Rezistența (inclusiv rezistența la tracțiune, rezistența la perforare etc.) și rata de contracție termică a filmelor orientate biaxial sunt o pereche de corpuri contradictorii. Temperaturile mai scăzute de preîncălzire, întindere și setare de căldură sunt benefice pentru îmbunătățirea rezistenței mecanice, în timp ce rata de contracție termică va crește; Utilizarea temperaturilor mai mari de preîncălzire, întindere și setare a căldurii poate reduce rata de contracție termică, dar rezistența la tracțiune va fi pierdută. Alegerea temperaturii ar trebui să se bazeze pe diferite materii prime și cerințe de utilizare. Datorită faptului că BOPE, de obicei, trebuie să fie compus cu alte materiale de film (BOPA, BOPP, BOPET, etc.), iar temperatura în timpul procesului de laminare este de obicei mai mare de 80 ℃, există o cerință pentru stabilitatea dimensională a produselor BOPE la temperaturi ridicate. De obicei, există un proces de setare a căldurii după întinderea transversală, care vizează relaxarea stresului părții amorfe, cristalizarea rapidă a părții cristalizate, reducerea contracției termice, îmbunătățirea rigidității filmului și face ca filmul BOPE să aibă rezistență ridicată și stabilitate dimensională bună. Setarea căldurii este de obicei efectuată la temperaturi peste temperatura de întindere și sub Tm. În conformitate cu cerințele de utilizare, Fosu Technology a constatat prin explorare că rata de contracție termică a filmului BOPE trebuie să fie setată la căldură la 115-120 ℃ timp de mai mult de 4 secunde pentru a satisface cerința de utilizare a ratei de contracție termică mai puțin de 5% la 100 ℃ în timpul dezvoltării BOPE.

De multe ori, filmul BOPE are cerințe de transparență pentru utilizare. Ceața și transmitența sunt unul dintre indicatorii de care utilizatorii din aval sunt foarte preocupați. Pe lângă aditivi, temperatura are, de asemenea, un impact semnificativ asupra transparenței filmelor. În special pentru materialele plastice cristaline, cel mai bine este să nu preîncălziți și să nu se întindă la temperaturi apropiate de rata maximă de cristalizare, altfel o cantitate mare de cristalizare va afecta întinderea filmului și uniformitatea grosimii și transparența filmului întins. Temperatura de setare a căldurii trebuie selectată în apropierea temperaturii vitezei maxime de cristalizare, astfel încât filmul întins să se poată cristaliza cât mai curând posibil, iar filmul poate avea rezistență ridicată, stabilitate dimensională bună și aspect bun în același timp.