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MDO薄膜前途光明挑战巨大二

2022-04-28 来源:九台市农业机械网

MDO薄膜:前途光明 挑战巨大(二)

小的辊筒间距拉伸通常小于2.5mm,大间距拉伸在5~50mm之间或更大,甚至还有被称为“零间距”的拉伸或“压缩辊筒拉伸”。间距越小,薄膜向内弯曲的可能性就越小。向内弯曲不但会造成薄膜宽度的减少(一般在5%~20%之间),而且还会减少薄膜吸入性的等级,显然后者对卫生薄膜是极其不利的。对此,SML公司开发出了能减少薄膜内弯的橡胶拉伸辊筒,并申请了专利。

Hatfield介绍,退火是最难的一道工序,因为加速或放慢退火辊筒的速度会使薄膜拉伸或收缩,而任何速度或温度的变化都会改变薄膜的特性。

薄膜经纵向拉伸后不仅可提高性能,还能使薄膜减薄,这也是加工商想方设法使用MDO设备的一个主要原因。如Honeywell Special Materials公司花费了几年时间来开发其Aclar单层PCTFE(一种含氟聚合物)的MDO薄膜,用以替代有透明防潮层的金属薄片,如图1所示。Honeywell发现Aclar膜经单轴拉伸后,其防潮能力与拉伸前相比翻了1倍 ,也就是说,25mm的MDO Aclar膜的防潮能力与50mm的无纵向拉伸的Aclar膜是一样的。

这种MDO Aclar膜可作为一种优质的医药包装材料,即将实现工业化生产。在Honeywell公司位于Pottsville的工厂中,MDO Aclar膜生产线使用了3台Marshall&Williams公司提供的高温拉伸机,这些拉伸机采用油加热轧辊,其温度可高达316℃。

吹膜的纵向拉伸

在过去的几年中,MDO薄膜的发展步伐加快了,特别是以吹膜为基础的MDO薄膜。对此,机器制造商采用新的设计以满足加工商的需求。

作为早期双轴拉伸技术的发明者的德国Bruckner Maschinenbau公司也对MDO技术产生了兴趣。去年,该公司组建了一支新的团队来设计并制造防护及收缩膜用的单轴机器。一位公司发言人指出,MDO薄膜在市场中将会越来越受到重视。

另外,几家吹膜设备制造商也开始进入MDO设备市场。比如,Addex公司现在正在制造其第一台MDO机器。这种机器被称为“MDO Light”,它能够对共挤出膜做轻微拉伸(薄膜宽度的减少大约3%),以整平其固有的下垂。如图2所示,“MDO Light”是一台有4个辊筒的机器,包括两个直径为20in.的加热辊筒,以及两个直径为20in.的冷却辊筒,所有4个辊筒都是独立驱动的。4个轧辊上的拉力不是由测力传感器控制的,而是通过对辊筒直径、转速和扭力的光纤跟踪控制的。

由于用于制造标签、粘接带和尿垫标记等背材的硅涂层离形膜的市场越来越大, Polyexe公司(位于Brentwood)已预订了1台“MDO Light”,以用于整平折径为40in.的三层共挤出PP薄膜。据该公司技术主管Oliver Zoeliner称,薄膜在被此设备整平之后,其通过硅涂层工序的运行速度就会快了很多倍。另外,Polyexe公司还计划用此“MDO Light”设备来开发其他更多种类的拉伸薄膜。

Hosokawa Alpine公司向欧洲、南美洲和亚洲的加工商已提供了12台MDO设备。它们的类型包括与挤出机联机运行和脱机使用两种。要想与挤出机联机运行则需要两台MDO设备,一台用于膜坯上部,一台用于膜坯下部。法国的一家加工商采用的就是此形式。而若脱机使用则只需要一台MDO设备。Hosokawa Alpine公司提供的其余10台MDO机器都是属于这种类型。

Hosokawa Alpine公司的MDO机器使用独立的伺服驱动器对轧辊进行加热、退火及冷却,其中的每一个轧辊都可以用来拉伸薄膜。由于它们都有各自的拉力控制,因而既能消除加热过程中薄膜的胀大,也能消除冷却过程中的收缩,从而可避免褶皱和弯曲。此外,它们具有的独立控制辊筒温度的功能也适合共挤薄膜的需要,因为共挤薄膜中的密封层所要求的温度比其他层低。

Battenfeld Gloucester Engineering公司开发了一种预拉伸单层及多层LLDPE手工包装拉伸膜的MDO设备。其第一台工业用的机器售给了一家欧洲的加工商,用于纵向拉伸宽度最大收缩至70in.的薄膜。

Macro Engineering&Technology公司也制造了其第一台预拉伸(手工包装)吹制拉伸膜用的MDO设备。由于它使用的是冷态拉伸,因此所需的拉力是热拉伸的3倍,而且需要的辊间距也较大。折叠薄膜经过纵向拉伸之后,厚度虽然减薄,但强度提高了,因为在制成品中有两层粘接在了一起。另外,冷态拉伸还取得了“冻结弹性”这一特殊性功效。Macro公司称,对这种MDO膜只需要稍微拉伸就能释放被冻结的应力。因此,在手工包装机只需施加5%的拉伸,该薄膜就能收缩20%。

吹膜与流延膜

MDO设备既可用于流延膜也可以用于吹膜,但是这两种MDO膜的特性和产品范围的差别却非常大。一方面,在TD(横向)的应用中,MDO流延膜比吹膜更容易破裂,因为流延膜没有初始纵向拉伸。但有时对于需要“快速撕开”的薄膜来说,一个方向上的可破裂性是期望得到的。此外,流延膜还可以更薄,其厚度控制也可以更严格;另一方面,吹膜对起始厚度有一个10~15mm的上限要求,这样,薄膜在纵向拉伸之后会变得非常薄,最薄甚至可达0.2mm。而且,吹膜在开始时本身还有一定程度上的双轴拉伸,因此,如果对纵向拉伸膜的强度有要求时,吹膜应该是一个更好的选择。

FlexTech Packing公司的2455号吹膜是一种材质为尼龙和HDPE的不对称的5层或7层防护薄膜。它可作为纸的替代品,用于制造包装松饼的立式袋。该膜需要具有双轴强度。它通过打印及转换设备的速度要比纸快,因为纵向拉伸使它变得又平又硬。

Trico Industries公司(位于R.I. North Kingstown)使用MDO机器与挤出机联机生产图裱艺术和包装用的特种纵向拉伸流延膜,在该膜的生产过程中,对膜厚的控制是至关重要的因素。

Avery Dennison公司(位于俄亥俄州Painesville)使用MDO设备制造用作自粘标签的流延膜。该膜在拉伸方向(纵向)上非常坚硬,而在横向上却非常柔软,这样既有利于保护背衬的剥落,同时也使薄膜能够很好地适应像瓶子之类的圆形物体。目前,Avery Dennison公司在Painesville和Concord拥有4台这样的MDO设备。

据Equistar公司软包装材料市场开发部门的Kelly Williams介绍,MDO设备完全可以用于片材挤出。纵向拉伸片材能够使加工商获得更多的利润,并且可以不用为增加强度而对薄膜进行层压。Equistar公司现在正与一家MDO设备制造商积极合作,以尽快推出MDO片材。

增加灵活性

设备供应商正在制造更具灵活性的新型MDO设备。它们配有多种型缝的轧辊,具有1、2、3种拉伸的选项,以及安全的自拧紧装置。Marshall&Williams公司正在制造其历史上最复杂的MDO设备,它既能用于生产也能用于研发。该设备可以完成3种方式的拉伸,即单轴、双轴、零间距拉伸,其预热、退火及冷却轧辊的温度和速度均能独立控制,如图3所示。此设备的零间距拉伸技术是由ITW Signode公司提供的。这种拉伸是在两个转动方向相反的辊筒之间所产生的压力下进行的,可以减少薄膜的弯曲和起到一定的双轴拉伸作用。

除了传统形式的MD拉伸机被大大提高了灵活性之外,垂直式MD拉伸机的灵活性也得到了提高。两年前,Black Clawson公司推出了其第一台垂直式MD拉伸机,它带有一个9ft. (2.74m)的塔,具有自拧紧装置,操作人员可以很方便地进入,如图4所示。到目前为止,该公司已经售出了3台这种设备。Battenfeld Gloucester Engineering公司的MDO设备也采用了自拧紧的垂直结构。Marshall&Williams公司在1995年制造了其第一台垂直式MD拉伸机后,一直不遗余力地加以开发,在其现有的MDO设备中,垂直式机型已占到了20%。

聚合物材料与纵向拉伸

MDO薄膜在加工中所采用的拉伸比是根据聚合物的品种来确定的,一般来说,聚苯乙烯定为2:1,LLDPE为4:1~5:1,尼龙为6:1,聚丙烯为6:1~7:1,HDPE为8:1~12:1(HDPE均聚物通过此拉伸可以获得10倍于BOPP的强度)。通过使用共聚物或掺混一些metallocene PE,PP的拉伸比可以达到8:1。LDPE通常不作纵向拉伸,因为其分子量分布太宽,致使薄膜的纵向抗拉强度很小。

树脂供应商对MDO薄膜越来越感兴趣了,因为纵向拉伸所获得的性能是双轴拉伸所无法比拟的。纵向拉伸能改善EVOH的防护性能,而双轴拉伸会破坏其防护性能。纵向拉伸HDPE膜具有非常大的抗叠合性能,而薄膜若被双轴拉伸,则该性能就会消失。Equistar Chemicals公司从Dr.Collin公司购买了一台实验室用的MDO设备并创建了一种计算机模型来提高薄膜的物理机械性能,以用于开发MDO薄膜用新型双峰HDPEs 。这种双峰HMW-HDPE允许的拉伸条件范围更宽,允许的拉伸比也更高,可超过10:1,达到了12:1甚至13:1。在如此大的拉伸比下,由于聚合物的结构会发生变化,从而可提高薄膜的性能。

纵向拉伸可以打开孔隙,这能赋予像尿垫用卫生衬里之类产品的可吸入性能。这类薄膜填充有碳酸钙或其它矿物。经过第一次纵向拉伸之后,薄膜受到冷却辊的“冲击”,随后MDO设备对其进行更大幅度的第二次纵向拉伸,致使聚合物从填充物颗粒中脱出,从而打开了孔隙。

在纵向拉伸含有退火过程中形成的硬球晶或b结构晶体的薄膜时,也会产生相似的孔隙效果,而且还可以对晶体进行控制,以打开单个颗粒的孔隙。根据晶体粒径的不同,经纵向拉伸后的薄膜可以是透明的、半透明的,也可以是白色的或者珍珠色。Avery Dennison公司使用此方法,通过把晶体粒径控制得较小而生产出了其最新的透明标签薄膜。该膜采用的材料为GCX共挤级PP。

信息来源:pack.cn

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