吹聚乙烯LDPE薄膜生产过程中的问题和解决方法

大多数热塑性塑料都可以用吹塑法来生产吹塑薄膜,吹塑薄膜是将塑料挤成薄管,然后趁热用压缩空气将塑料吹胀,再经冷却定型后而得到的筒状薄膜制品,这种薄膜的性能处于定向膜同流延膜之间:强度比流延膜好,热封性比流延膜差。吹塑法生产的薄膜品种有很多,比如低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、尼龙(PA)、乙烯一乙酸乙烯共聚物(EVA)等,这里我们就对常用的低密度聚乙烯(LDPE)薄膜的吹塑生产工艺及其常见故障进行简单的介绍。

聚乙烯吹塑薄膜材料的选择

1.选用的原料应当是用吹膜级的聚乙烯树脂粒子,含有适量的爽滑剂,保证薄膜的开口性。

2.树脂粒子的熔融指数(MI)不能太大,熔融指数(MI)太大,则熔融树脂的粘度太小,加工范围窄,加工条件难以控制,树脂的成 膜性差,不容易加工成膜;此外,熔融指数(MI)太大,聚合物相对分子量分布太窄,薄膜的强度较差。因此,应当选用熔融指数(MI)较小,且相对分子量分 布较宽的树脂原料,这样既能满足薄膜的性能要求,又能保证树脂的加工特性。吹塑聚乙烯薄膜一般选用熔融指数(MI)在2~6g/10min范围之间的聚乙 烯原料。

吹塑工艺控制要点

吹塑薄膜工艺流程大致如下:

料斗上料一物料塑化挤出→吹胀牵引→风环冷却→人字夹板→牵引辊牵引→电晕处理→薄膜收卷

但是,值得指出的是,吹塑薄膜的性能跟生产工艺参数有着很大的关系,因此,在吹膜过程中,必须要加强对工艺参数的控制,规范工艺操作,保证生产的顺利进行,并获得高质量的薄膜产品。在聚乙烯吹塑薄膜生产过程中,主要是做好以下几项工艺参数的控制:

1.挤出机温度

吹塑低密度聚乙烯(LDPE)薄膜时,挤出温度一般控制在160℃~170℃之间,且必须保证机头温度均匀,挤出温度过高,树脂容 易分解,且薄膜发脆,尤其使纵向拉伸强度显著下降;温度过低,则树脂塑化不良,不能圆滑地进行膨胀拉伸,薄膜的拉伸强度较低,且表面的光泽性和透明度差, 甚至出现像木材年轮般的花纹以及未熔化的晶核(鱼眼)。

2.吹胀比

吹胀比是吹塑薄膜生产工艺的控制要点之一,是指吹胀后膜泡的直径与未吹胀的管环直径之间的比值。吹胀比为薄膜的横向膨胀倍数,实际 上是对薄膜进行横向拉伸,拉伸会对塑料分子产生一定程度的取向作用,吹胀比增大,从而使薄膜的横向强度提高。但是,吹胀比也不能太大,否则容易造成膜泡不 稳定,且薄膜容易出现皱折。因此,吹胀比应当同牵引比配合适当才行,一般来说,低密度聚乙烯(LDPE)薄膜的吹胀比应控制在2.5~3.0为宜。

3.牵引比

牵引比是指薄膜的牵引速度与管环挤出速度之间的比值。牵引比是纵向的拉伸倍数,使薄膜在引取方向上具有定向作用。牵引比增大,则纵 向强度也会随之提高,且薄膜的厚度变薄,但如果牵引比过大,薄膜的厚度难以控制,甚至有可能会将薄膜拉断,造成断膜现象。低密度聚乙烯(LDPE)薄膜的 牵引比一般控制在4~6之间为宜。

4.露点

露点又称霜线,指塑料由粘流态进入高弹态的分界线。在吹膜过程中,低密度聚乙烯(LDPE)在从模口中挤出时呈熔融状态,透明性良 好。当离开模口之后,要通过冷却风环对膜泡的吹胀区进行冷却,冷却空气以一定的角度和速度吹向刚从机头挤出的塑料膜泡时,高温的膜泡与冷却空气相接触,膜 泡的热量会被冷空气带走,其温度会明显下降到低密度聚乙烯(LDPE)的粘流温度以下,从而使其冷却固化且变得模糊不清了。在吹塑膜泡上我们可以看到一条 透明和模糊之间的分界线,这就是露点(或者称霜线)。

在吹膜过程中,露点的高低对薄膜性能有一定的影响。如果露点高,位于吹胀后的膜泡的上方,则薄膜的吹胀是在液态下进行的,吹胀仅使 薄膜变薄,而分子不受到拉伸取向,这时的吹胀膜性能接近于流延膜。相反,如果露点比较低,则吹胀是在固态下进行的,此时塑料处于高弹态下,吹胀就如同横向 拉伸一样,使分子发生取向作用,从而使吹胀膜的性能接近于定向膜。

基本性能的技术要求

1.规格及偏差

聚乙烯薄膜的宽度、厚度应当符合要求,薄膜薄厚均匀,横、纵向的厚度偏差小,且偏差分布比较均匀。

2.外观

要求聚乙烯薄膜塑化良好,无明显的”水纹”和”云雾”;薄膜的表面应当平整光滑,无皱折或仅有少量的活褶;不允许有气泡、穿孔及破裂现象;无明显的黑点、杂质,晶点和僵块;不允许有严重的挂料线和丝纹存在。

3.物理机械性能

由于吹塑后的聚乙烯薄膜用于印刷或者复合加工工艺时,要受到机械力的作用,因此,要求聚乙烯薄膜的物理机械性能应当优良,主要包括拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度等几项指标应当符合标准。

4.表面张力的大小

为了使印刷油墨和复合用胶粘剂在聚乙烯薄膜表面具有良好的润湿性和附着力,要求聚乙烯薄膜的表面张力应当达到一定的标准,否则就会影响印刷和复合生产的顺利进行。一般来说,聚乙烯薄膜的表面张力至少应当达到38达因以上,达到40达因以上更佳。

 

低密度聚乙烯(LDPE)吹塑薄膜常见故障及解决方法

1.薄膜太粘,开口性差

故障原因:

①树脂原料型号不对,不是吹膜级的低密度聚乙烯树脂粒子,其中不含开口剂或者开口剂的含量偏低;

②熔融树脂的温度太高,流动性太大

③吹胀比太大,造成薄膜的开口性变差

④冷却速度太慢,薄膜冷却不足,在牵引辊压力的作用下发生相互粘结;

⑤牵引速度过快。

解决办法:

①更换树脂原料,或向料斗中加一定量的开口剂;

. . . → Read More: 吹聚乙烯LDPE薄膜生产过程中的问题和解决方法

凹版常见故障之塑料薄膜印刷牢度不良

塑料薄膜印刷牢度不良的原因有下列几种:

1.聚烯烃薄膜电晕处理不良。

对策:检测PE、PP表面张力是否达到40达因/cm以上。

2.里印油墨与被印材料亲和性不良。这是混合溶剂配比不良。对策:调换油墨,调整溶剂配比。

3.印刷车间温度和相对湿度变化大。

对策:尽量将车间的相对湿度控制在50%~60%之间,但不能太低,低于40%时,易产生静电。室温最好控制在18℃~23℃为最佳,并保持环境清洁,空气流通。

4.塑料薄膜本身印刷适性极差,经电晕处理后仍不合要求。

将细菌变成塑料

“微生物是一个很奇妙的东西,是很多生产环节的中坚力量,利用得当,可以生产许多材料、化学药品、燃料,而且都是环境友好型的产品。”清华大学生命科学学院微生物实验室(以下简称实验室)主任陈国强在接受《中国科学报》记者采访时表示。

近日,记者走进这所于1986年成立的实验室,这里的科研人员从事的是以微生物为基本原料的生物化工技术研究,这些技术并没有都停留在实验阶段,不少早已得到产业化应用。

经历转型

1994年,陈国强来到微生物实验室,担当主任一职。

由此,实验室开始转向以微生物生物聚酯“聚羟基脂肪酸酯”科研为主,并进入快速发展期,从二元酸研究发展到以分子生物学和基因工程为基础,工业微生物学为支柱,基础研究和应用开发为最终目的的综合实验室。

实验室的研究人员组成,也从单一的微生物专业人员发展到有分子生物学、微生物学、化学、高分子科学和材料科学等专业的多学科队伍。

如今,实验室研究的课题主要是微生物法合成新型材料、手性药物中间体的微生物合成和微生物合成材料的组织工程应用等。这些课题培养了多位能掌握从分子生物学基础出发,到发酵生产工艺建立和产品回收等技能的专业人才。

这里的科研人员利用基因工程、代谢工程,以及合成生物学的方法,得到了很多可以制造不同类型材料的微生物菌种。

陈国强谈到:“我们也与工业界开展合作,使用菌种生产不同类型的材料。国内现在大部分生物聚酯方面的材料,使用的是我们实验室的技术。”

最初的合作研究发展

实验室初期经历过困难时期。陈国强谈到,在2000年以前,实验室得到的科研经费非常少,也正是在那时,与企业的应用开发成为获得研究经费的主要手段。

1997年左右,美国宝洁公司希望实验室能提供一项制造聚羟基脂肪酸酯PHA共聚物的技术。这是一种利用微生物合成技术生产的高分子生物材料,通俗而言就是一种环保塑料,材料的名字叫3-羟基丁酸和3-羟基己酸的共聚物,简称PHBHHx。那时还没有人能够大规模生产这种材料。

在那之前,宝洁生产的产品每年要产生上百万吨塑料废品。这些塑料都是石油化工所制,由于不可降解性会对环境造成污染。他们期望利用PHBHHx制成产品外包装,从而减轻环境压力。

“那是我们实验室第一次做技术转化,开发出了一个菌种,当时还拿到广东的一个发酵厂去做发酵。”陈国强谈到。PHA的优点是生物可降解,利用的是可持续发展的原料,比如淀粉、纤维素材料、脂肪酸等来做发酵原料,培养细菌,通过一定的制备工艺生产出PHA。

. . . → Read More: 将细菌变成塑料

陶瓷花瓶的缓冲包装设计

陶瓷花瓶的脆值很小,在运输流通过程中非常容易破碎,因此一般情况下,它的包装对于企业都是一个很大的挑战。现如今大家都提倡绿色环保,陶瓷花瓶的包

装也同样如此。但实际情况是现在很多公司依然采用对环境污染较大的EPS包装,并且在进行缓冲包装时,很多是通过以往经验来选择包装方案,导致过度包装从而浪

费资源。如果对每一产品都能严格按照缓冲包装方法进行设计,就不会出现过度包装或者产品破损这样的状况。因此严谨的包装过程非常重要。

现在以一个陶瓷小花瓶为例进行缓冲包装设计,具体程序可分六大步:

第一步,首先分析陶瓷花瓶的许用脆值,小花瓶的形状、尺寸、重量、体积等基本参数。此件陶瓷花瓶脆值为50g,质量为250g,高度为14cm,瓶身最大直径度为8.5cm。

第二步,分析陶瓷小花瓶在流通过程中的环境条件如运输状态、等效跌落高度等。陶瓷花瓶主要通过火车、汽车运输,等效跌落高度为60cm。

第三步,通过以上参数以及设计理念确定缓冲材料。传统缓冲包装常用的有EPS和EPE泡沫材料,EPE的成本相对较高,但是为了绿色环保的理念,此件陶瓷花瓶的包装采用EPE泡沫塑料。

第四步,当缓冲材料选定后,结构设计也是包装设计中节约材料并实现理想减震的重要内容。考虑到陶瓷花瓶为圆形且对称结构,将泡沫缓冲结构设计为对半开的“哈呋”结构,用EPE材料将陶瓷花瓶包裹在其中。

第五步,根据包装材料,面积以及跌落高度等计算衬垫厚度。缓冲衬垫的结构要根据产品形状进行设计,因此会出现各种各样不规则的形状,这时就要用等效面积理论来计算缓冲包装衬垫的尺寸。根据以上尺寸计算出陶瓷花瓶的等效面积为110cm2;根据缓冲系数-最大静应力曲线以及最大加速度-静应力曲线计算衬垫厚度分别为4.5cm和4.56cm,取两者较大值为4.56cm。然后进行挠度校核,蠕变量校核等,确定最终尺寸为5cm。

具体计算步骤:

1、缓冲系数-最大静应力曲线

缓冲系数-最大静应力曲线

缓冲系数最小时为3.8,最大应力为σM=1.6kgf/cm2,根据公式T=CH/G可得:

T=CH/G=3.8*60/50=4.56cm

2、最大加速度-静应力曲线

最大加速度-静应力曲线

其中,各曲线对应的材料厚度为T1=2.25cm,T2=4.5cm,T3=6.75cm,T4=9.0cm,T5=11.25cm,T6=13.5cm。

小花瓶:σs=W/A×104=0.25×9.8/110.5×104=0.0022×105

当静应力为0.0022×105Pa,σs与G=50在曲线上无交点,在曲线的左侧,应采取局部缓冲包装法。但是由于缓冲包装的方法已定,选取全面缓冲包装。在图中取Gm=50g作一条水平直线与缓冲曲线族相交,取厚度较小的缓冲曲线进行设计;则选择T2=4.5cm,

缓冲衬垫计算结果

缓冲系数-最大静应力曲线:衬垫厚度:4.56cm

最大加速度-静应力曲线:衬垫厚度:4.5cm

取两者较大值为4.56cm

缓冲衬垫校核

1、挠度校核公式:Amin/(1.33)>1

Amin=3.14×(8.5/2)2=56.7

1.33T2=27.66

则衬垫厚度符合克斯特那经验公式

2、蠕变变量校核

设计衬垫尺寸应加一个蠕变补偿值,称为蠕变增量Cr。

Tc=T(1+Cr)

式中:Tc–修正后的厚度cm

T–原设计厚度cm

Cr–蠕变系数%(这里取10%)

Tc=T(1+Cr)=4.56*(1+10%)=5.0cm

第六步,根据以上结果进行防震包装校核并进行跌落试验。以上5步在经过防震包装校核后如不合格则重新设计,直到实验合格。这样得出的结果才是最佳的缓冲包装。

除了传统包装外,绿色缓冲包装也极为重要。尤其应考虑许多绿色缓冲材料,例如瓦楞纸板,纸浆模塑,蜂窝纸板这些可回收的纸制品缓冲材料。它们普遍防震性能好,易于加工,但是相对于泡沫材料来说,缓冲性能都还有些欠缺,此时就需要恰当的结构设计才能加强缓冲效果。根据陶瓷花瓶的形状和力学特点采用不同的缓材进行设计,就有不同结构,例如纸浆模塑,依然可以采用“哈呋”架构,紧密裹住陶瓷花瓶;而瓦楞纸板就可以进行许多结构设计来卡紧陶瓷花瓶减少震动。

同陶瓷花瓶一样,对于其他易碎的产品来讲,在进行缓冲包装时也要注意传统包装以及绿色环保材料的包装。在进行传统包装时,尽量选择环保一些的EPE材料,严格按照缓冲包装步骤进行设计,避免过度包装浪费资源以及包装不当使内装物破损的情况。在进行绿色缓冲包装设计时,要根据不同绿色缓材的性能特点做相应的结构设计,提高缓冲效果,节省材料。

总之,任何优秀的缓冲包装成果必须要符合规范的步骤,并且满足现在的绿色大势。

 

. . . → Read More: 陶瓷花瓶的缓冲包装设计

珍珠棉、EVA专用胶水施胶方式

珍珠棉、EVA专用胶水施胶方式

★清理被粘物表面油污、尘垢等污物,保持清洁干燥;

★直接将胶液均匀地涂于两个被粘物表面,稍等3~5分钟,(以不太粘手为准)将两被粘物对准粘合,稍加压力使粘合面更密着;24小时达到使用最佳效果;

可以上机滚涂操作,胶水可以稀释多可以稀释20%。

 

应用:对珍珠棉、EVA等软质材料的粘接效果亦明显,同时也广泛用于EPE发泡包装材料的粘接,适用于EPE发泡—EPE发泡、PP、PVC、海棉、泡沫、木材、聚苯乙烯等材料的粘接。

裹着气泡膜跳楼?!你敢么?

编者按:本文仅限于理论探讨。我们绝不建议你轻易尝试。事实上,我们提醒你最好别这么干。

社交新闻网站Reddit上有这样一个问题:你要是想从一楼窗口跳下去并且还能好好活着的话,你需要给自己裹上多少层气泡膜?

谁会问这样的问题?我干嘛要费脑筋回答这样的问题?好吧,这就是我在做的事情,想做就做咯,这就是为什么。或许已经有网友在Reddit网站上回答过这个问题了,但不论如何我还是想亲自实验一探究竟。

在我开始研究这个问题之前,我想把这个问题稍作改动。我确信即使不用气泡膜你也能从一楼窗口跳下去。所以,我猜想问题中所说的“一楼”应该是指二楼的窗口(或者是底楼上面的一层楼)。从这样的高度跳下去其实并不是很难做到。这里是我的跳跃危险系数计算器。(译者注:该计算器指的是本文作者就你到底可以从多高的地方跳下来同时不伤到自己这一问题所做的一系列实验及其结论。详见http://www.wired.com/wiredscience/2009/12/dangerous-jumping-calculator/)跳楼的后果本质上取决于你在着地前下落的高度。

修改之后的问题如下:你需要包裹多少气泡膜才能从6楼窗口跳下去并安然无恙?我们不妨将6层楼这个高度设为20米。

要回答这样一个问题,我们应该从哪里入手呢?好吧,首先我们需要一些气泡膜。我们需要怎样的气泡膜呢?

气泡膜的厚度是多少?

当然,我们有各种类型的气泡膜,不过下图中就是我做实验用的气泡膜。

为了让大家更清楚地了解该气泡膜的厚度,我制作了一张格点坐标图。横轴表示纸张数量,纵轴表示相应数量的纸张堆积起来的总厚度(单位:厘米)

如图所示,该线性拟合方程的斜率是0.432厘米/张。因此,我将以这个数据来表示每张气泡膜的厚度。

气泡膜的密度是多少?

我不确定实验是否需要这个数据,但我还是测算了一下。我把气泡膜裁成宽8.8厘米,长14.3厘米的矩形(为什么要这样做呢?很快你就会知道答案了。)通过之前的测算,我们得知该气泡膜的厚度为0.432厘米。于是我们可以算出这样一张矩形气泡膜的体积为54.3立方厘米。为了算出该纸的质量,我增加了纸的层数(每次增加一张)。根据下面的线性拟合图可以算出每张纸的质量。横轴为纸张数量,纵轴为相应数量的纸张的总质量(单位:克)。

该图所示的线段斜率为0.922克/张,即每张矩形气泡膜的质量约为0.922克。由此,我计算出了该气泡膜的密度为0.017克/立方厘米。考虑到气泡膜(在空气中)具有一定的浮力,因此这并非它真正的密度。不过这也没关系,因为我们总归要把它置于空气中进行实验的。

气泡膜的弹性如何?

当你挤压气泡膜时,它会皱缩。看起来很像弹簧是不是?我不知道。这就是我要做的。我要将14张气泡膜叠起来,然后一边在这叠纸顶上放重物一边测量这叠纸的高度变化。过程如下图所示:

我分析了一下这叠纸上的重物的受力情况,画了以下这张受力分析图:(译者注:向上的箭头代表气泡膜给重物的托力,向下的箭头代表重物的重力。)

因为重物处于静止状态,所以我们可以推断它此时受力平衡,即气泡膜给它的托力与它自身的重力相等。这让我们很容易就能算出气泡膜的弹力。如果说气泡膜确实像弹簧那样的话,那么它施加给重物的力就应该与与其自身的收缩程度成正比。假设我们将气泡膜的收缩程度设为s,那么我们便可得到如下等式:(气泡膜所受到的力等于s与k的乘积。)

在这个等式中,k为弹性系数,它是一个常量。下图显示了气泡膜受力大小和其收缩程度的关系。(纵轴表示受力大小,单位:牛顿;横轴表示收缩程度,单位:米)

图中线段斜率为906牛顿/米,所以这一叠气泡膜确实存在一个有效的弹性系数。看看这些散点吧,它们几乎分布在同一条写线段上,这说明了气泡膜受力大小和收缩程度确实存在某种线性关系。(太棒了!)

你现在大概在想我可以用这些东西来模拟身体包裹气泡膜进行撞击的实验,对吗?不,还没这么快。如果我把这叠气泡膜增加到原来两倍的厚度会怎样?它还会具有跟之前相同的弹性系数吗?不一定。为什么呢?你可以把每一张气泡膜看作一个弹簧。每一张纸都承载着同样大小的力(前提是我假设每张纸的质量跟重物施予它们的力相比可以忽略不计),所以它们的收缩程度是一样的。如果10张纸的收缩量都是0.1厘米,那么一叠纸的收缩总量就是1厘米(10*0.1厘米)。结论就是纸叠得越厚,有效弹性系数就越低。

. . . → Read More: 裹着气泡膜跳楼?!你敢么?