Как выбрать количество слоев в пленке?

Несмотря на то, что технология коэкструзии и проектирование многослойных структур прошли долгий путь, многие производители и пользователи многослойных пленок задаются вопросом, сколько или, точнее, какие слои на самом деле требуются. На первый взгляд ответ кажется простым: это зависит от приложения и необходимой функциональности.

Однако на практике ответ намного сложнее. Каждая смола придает пленке уникальные свойства и функциональность https://bikra-m.ru/guard/plenka-ograzhdeniya-i-ukrytiya/plenka/100-mkm/. В некоторых случаях можно смешать две или три разные смолы, чтобы получить комбинацию, объединяющую свойства всех используемых материалов. Но в большинстве случаев смешение смол практически невозможно из-за различий в их химическом и морфологическом составе, делающих их несовместимыми. И как же сочетаются свойства разных материалов? Ответ всегда один: при совместной экструзии нескольких слоев.

Вроде упростили задачу, но на самом деле теперь надо усложнять. Что происходит на границе между слоями? Если соседние слои несовместимы или смешиваются в расплаве, материалы не могут быть объединены. У нас были бы просто пленки, слои которых расслаивались бы из-за отсутствия межфазной адгезии. Именно здесь мы должны рассмотреть использование адгезивных смол.

С точки зрения дизайна структур или пленок, адгезивные смолы на основе полиэтилена с определенной концентрацией полярных графтов позволили производить многослойные пленки, в которых каждая смола выполняет важную функцию в работе пленки в конечный продукт.

Следующий вопрос, который нужно задать: может ли материал обеспечить функциональность в среде, в которой он должен работать? Это соображение важно в случае производства кислородонепроницаемых пленок, которые обычно требуются для упаковки пищевых продуктов. Смолы на основе поливинилового спирта, известные как EVOH, являются наиболее ярким примером материала, обеспечивающего кислородный барьер. Эта функциональность нарушается в присутствии водяного пара, поэтому слои, прилегающие к EVOH, должны обеспечивать барьер для водяного пара, чтобы EVOH мог действовать эффективно и предотвращать проникновение кислорода.

Теперь, когда у нас есть более ясная преамбула, давайте перефразируем вопрос более конкретно. Например, для каких целей будет использоваться эта пленка? Какие свойства или функции требуются? Сколько материалов необходимо для достижения требуемой функциональности? И все ли материалы совместимы или потребуются клейкие слои? Как вы увидите, мы преобразовали общий вопрос в серию конкретных вопросов, которые дают нам полезные рекомендации по проектированию структур или пленок, простых или сложных.

Для каких приложений требуются однослойные пленки?

Основными применениями монослоя являются продуктовые пакеты, мешки или рукава для мусора, термоусадочные пленки и другие применения, где пленка обеспечивает электрическую изоляцию или разделение двух сред без возможности миграции.

Например, мешки для мусора требуют хорошей устойчивости к проколу, хорошей прочности на разрыв и однородного когезионного шва, чтобы выполнять свою работу. Обычные полиэтиленовые смолы могут обеспечить все эти свойства, а в некоторых случаях смесь двух или трех различных полиэтиленовых смол может при необходимости обеспечить превосходный баланс свойств.

Пример мешков для мусора может привести нас к другому соображению: какие еще свойства потребовались бы тому же мешку, если бы он использовался для жидких отходов? Тогда ясно, что герметизация должна быть идеальной, чтобы избежать утечек жидкости. Это представляет собой новый подход, и на этот раз он носит финансовый характер.

Есть несколько вариантов: изготавливается смесь из материала, обеспечивающего хорошую герметизацию, или коэкструдируются три слоя, при этом внутренний слой обеспечивает герметизацию. При втором варианте внутренний слой может быть тонким, составляющим не более 20% конструкции. Остальная часть структуры состоит из двух слоев исходного полиэтилена, в результате чего получается менее дорогая пленка с лучшими характеристиками при конечном применении.

И процесс формулирования проблемы продолжается. Давайте посмотрим на ту же конструкцию с одним слоем герметизирующей смолы и двумя слоями полиэтилена. Теперь два слоя полиэтилена можно переформулировать следующим образом: внутренний слой из обычного (или низкоэффективного) полиэтилена и внешний слой из металлоценового полиэтилена, обеспечивающего лучшие механические свойства. В этом случае конечный эффект заключается в возможности уменьшить размер или толщину пленки без ущерба для характеристик конечного использования. Эти два шага способствуют производству более тонкой, более качественной и менее дорогой пленки.

Таким образом, мы превратили однослойную пленку в трехслойную, учитывая требования к ее конечному использованию, а также минимизировав производственные затраты, выбрав различные смолы для каждого слоя. Этот процесс аналогичен тому, которому мы должны следовать при разработке многослойных пленок.

Когда требуются пятислойные конструкции?

Это довольно распространенный вопрос. Пятислойные структуры могут обеспечить хорошие уровни кислородного барьера благодаря включению таких материалов, как EVOH и, в некоторых случаях, полиамидов. Следует отметить, что в этих случаях EVOH, поскольку он не совместим с полиэтиленом (который используется во внутреннем и внешнем слоях), требует, чтобы клейкая смола функционировала на пленке. В этом случае используется пять слоев. Эти пятислойные пленки обычно используются в процессах ламинирования.

В других случаях для повышения производительности и снижения затрат используются пять уровней. Применение термоусадочной упаковки для ламинирования является примером этого. Переход от трех к пяти слоям различных полиэтиленов свидетельствует об улучшении свойств пленки для конечного использования, включая повышенную жесткость, повышенную прочность на разрыв и улучшенный блеск. Добавление большего количества слоев просто обеспечивает большую гибкость при проектировании конструкций, а также снижает общую стоимость пленки.

Если из пяти слоев можно получить пленки с хорошей герметичностью, жесткостью, барьерными и глянцевыми характеристиками, то возникает вопрос: зачем нужны семь слоев? Опять же, ответ заключается в конечном приложении. Семь слоев позволяют включить больше слоев полиамида, что обеспечит пленке большую жесткость, более глубокое и равномерное растяжение при термоформовании и высокий кислородный барьер.

Как мы видим из таблицы примеров, симметричные структуры или пленки могут быть изготовлены из двух слоев полиамида, или асимметричные пленки из трех слоев полиамида, где один из них расположен на самом внешнем слое. Добавление этого третьего слоя приводит к получению более жесткой, более формуемой пленки с лучшим качеством печати. Однако из-за различий в охлаждении и кристаллизации каждого слоя асимметричные пленки подвержены скручиванию , что является очень распространенным явлением в промышленности.

Пленки с высоким барьером для кислорода с семью слоями обычно используются при упаковке мяса, сыров, некоторых колбас и других продуктов, которые необходимо хранить на прилавке в течение длительного периода времени. Типичными продуктами являются термоформованные гибкие лотки («нижняя стенка») и закрывающие пленки («крышка»). Точно так же эти высокобарьерные пленки находят применение в пищевой упаковке для сферы услуг.

Скручивание или «кручивание» может быть фактором, ограничивающим скорость производства упаковочных линий, и в то же время может представлять опасность для целостности контейнера. Введение двух слоев, дополнительного слоя полиэтилена и, следовательно, дополнительного слоя адгезивной смолы помогает эффективно контролировать скручивание в асимметричных пленках. Эта новая девятислойная структура обеспечивает более равномерное охлаждение, в результате чего получается пленка с большей размерной стабильностью и меньшим внутренним напряжением.

В этих примерах мы перешли от однослойной пленки к одной из девяти, поскольку мы проанализировали требования к применению, функциональность каждого слоя, совместимость между каждым слоем, последствия симметрии пленки и связанные с этим экономические факторы.

Важно учитывать, что экструзионное оборудование должно обеспечивать трансформатору производственную гибкость, необходимую для различных применений. Линия с девятью слоями должна обеспечивать ширину процесса для производства пленок из семи, пяти, трех или одной смолы, не ограничиваясь одной структурой. Производитель пленки может использовать этот процесс рецептуры для определения диапазона структур, которые необходимо произвести. Эта информация будет иметь неоценимое значение для производителя оборудования, чтобы предложить универсальный процесс, который гарантирует возврат инвестиций.