חֲדָשׁוֹת

מבוא לפוליאולפינים וייחול סרטים

פוליאולפינים, סוג של חומרים מקרומולקולריים המסונתזים ממונומרים של אולפינים כמו אתילן ופרופילן, הם הפלסטיק המיוצר והשימושי ביותר בעולם. שכיחותם נובעת משילוב יוצא דופן של תכונות, כולל עלות נמוכה, יכולת עיבוד מעולה, יציבות כימית יוצאת דופן ומאפיינים פיזיקליים הניתנים להתאמה אישית. מבין היישומים המגוונים של פוליאולפינים, מוצרי יריעות תופסים מקום עליון, וממלאים פונקציות קריטיות באריזות מזון, כיסויים חקלאיים, אריזות תעשייתיות, מוצרים רפואיים והיגייניים ומוצרי צריכה יומיומיים. שרפי הפוליאולפינים הנפוצים ביותר המשמשים לייצור יריעות כוללים פוליאתילן (PE) - הכולל פוליאתילן לינארי בצפיפות נמוכה (LLDPE), פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE) ופוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE) - ופוליפרופילן (PP).

ייצור סרטי פוליאולפין מסתמך בעיקר על טכנולוגיית שיחול, כאשר שיחול סרטים מנופחים ושחול סרטים יצוקים הם שני התהליכים המרכזיים.

1. תהליך שחול סרט מנופח

שיחול סרטי פוליאולפין הוא אחת השיטות הנפוצות ביותר לייצור סרטי פוליאולפין. העיקרון הבסיסי כרוך בשיחול פולימר מותך אנכית כלפי מעלה דרך תבנית טבעתית, ויוצר פריסון צינורי בעל דופן דקה. לאחר מכן, אוויר דחוס מוחדר לחלקו הפנימי של הפריסון, וגורם לו להתנפח לבועה בקוטר גדול משמעותית מזה של התבנית. כאשר הבועה עולה, היא מקוררת בכוח ומתמצקת על ידי טבעת אוויר חיצונית. הבועה המקוררת קורסת לאחר מכן על ידי סט של גלילי ניפוח (לעתים קרובות באמצעות מסגרת קורסת או מסגרת A) ולאחר מכן נמשכת על ידי גלילי משיכה לפני שהיא נלפפת על גליל. תהליך הניפוח בדרך כלל מניב סרטים בעלי כיוון דו-צירי, כלומר הם מציגים איזון טוב של תכונות מכניות הן בכיוון המכונה (MD) והן בכיוון הרוחבי (TD), כגון חוזק מתיחה, עמידות לקרע וחוזק פגיעות. ניתן לשלוט בעובי הסרט ובתכונות המכניות על ידי התאמת יחס הניפוח (BUR - יחס קוטר הבועה לקוטר התבנית) ויחס השלכה (DDR - יחס מהירות הקיפול למהירות השיחול).

2. תהליך שחול סרט יצוק

שיחול סרטי יצוק הוא תהליך ייצור חיוני נוסף עבור סרטי פוליאולפין, המתאים במיוחד לייצור סרטים הדורשים תכונות אופטיות מעולות (למשל, ניקיון גבוה, ברק גבוה) ואחידות עובי מעולה. בתהליך זה, הפולימר המותך מוחץ אופקית דרך תבנית T שטוחה מסוג חריץ, ויוצר מארג מותך אחיד. לאחר מכן, מארג זה נמשך במהירות אל פני השטח של גליל קירור אחד או יותר המקוררים פנימית במהירות גבוהה. התערובת המותכת מתמצקת במהירות במגע עם פני השטח של הגלגול הקר. סרטי יצוק בדרך כלל בעלי תכונות אופטיות מצוינות, תחושה רכה ויכולת איטום טובה בחום. שליטה מדויקת על מרווח שפת התבנית, טמפרטורת גליל הקירור ומהירות הסיבוב מאפשרת ויסות מדויק של עובי הסרט ואיכות פני השטח.

6 האתגרים המובילים בתחום שיחול סרטי פוליאולפין

למרות בגרותה של טכנולוגיית האקסטרוזיה, יצרנים נתקלים לעתים קרובות בסדרה של קשיי עיבוד בייצור המעשי של סרטי פוליאולפין, במיוחד כאשר שואפים לתפוקה גבוהה, יעילות, עובי דק יותר, וכאשר משתמשים בשרפים חדשים בעלי ביצועים גבוהים. בעיות אלו לא רק משפיעות על יציבות הייצור אלא גם משפיעות ישירות על איכות המוצר הסופי ועל העלות. אתגרים מרכזיים כוללים:

1. שבר בהתכה (עור כריש): זהו אחד הפגמים הנפוצים ביותר בשיחול סרטי פוליאולפין. מבחינה מקרוסקופית, הוא מתבטא באדוות רוחביות תקופתיות או במשטח מחוספס באופן לא סדיר על הסרט, או במקרים חמורים, עיוותים בולטים יותר. שבר בהתכה מתרחש בעיקר כאשר קצב הגזירה של הפולימר המותך היוצא מהתבנית עולה על ערך קריטי, מה שמוביל לתנודות מסוג "הדבקה-החלקה" בין דופן התבנית לבין הפולימר המותך, או כאשר מאמץ המתיחה ביציאת התבנית עולה על חוזק ההיתוך. פגם זה פוגע קשות בתכונות האופטיות של הסרט (צלילות, ברק), בחלקות פני השטח, ויכול גם לפגוע בתכונות המכניות והמחסום שלו.

2. ריר במדידה / הצטברות במדידה: מתייחס להצטברות הדרגתית של תוצרי פירוק פולימרים, שברים במשקל מולקולרי נמוך, תוספים בעלי פיזור גרוע (למשל, פיגמנטים, חומרים אנטי-סטטיים, חומרי החלקה), או ג'לים מהשרף בקצוות שפת המדידה או בתוך חלל המדידה. משקעים אלה עלולים להתנתק במהלך הייצור, לזהם את פני השטח של הסרט ולגרום לפגמים כגון ג'לים, פסים או שריטות, ובכך לפגוע במראה המוצר ובאיכותו. במקרים חמורים, הצטברות במדידה עלולה לחסום את יציאת המדידה, מה שמוביל לשינויים בגודל המדידה, קריעת הסרט ובסופו של דבר לאלץ את השבתת קו הייצור לצורך ניקוי המדידה, וכתוצאה מכך להפסדים משמעותיים ביעילות הייצור ולבזבוז חומרי גלם.

3. לחץ שחול גבוה ותנודות: בתנאים מסוימים, במיוחד בעת עיבוד שרפים בעלי צמיגות גבוהה או שימוש במרווחים קטנים יותר בין המכונה, הלחץ בתוך מערכת השחול (במיוחד בראש המכונה ובמכונה) יכול להיות גבוה מדי. לחץ גבוה לא רק מגביר את צריכת האנרגיה אלא גם מהווה סיכון לאורך החיים של הציוד (למשל, בורג, קנה, מכונה) ולבטיחות. יתר על כן, תנודות לא יציבות בלחץ השחול גורמות ישירות לשינויים בתפוקת ההיתוך, מה שמוביל לעובי שכבה לא אחיד.

4. תפוקה מוגבלת: כדי למנוע או להפחית בעיות כמו שבר בהיתוך והצטברות תבנית, יצרנים נאלצים לעתים קרובות להפחית את מהירות בורג המכבש, ובכך להגביל את תפוקת קו הייצור. דבר זה משפיע ישירות על יעילות הייצור ועל עלות הייצור ליחידת מוצר, מה שמקשה על עמידה בדרישות השוק לסרטים בקנה מידה גדול ובעלות נמוכה.

5. קושי בשליטה על עובי השכבה: חוסר יציבות בזרימת ההיתוך, פיזור טמפרטורה לא אחיד על פני התבנית והצטברות עובי השכבה יכולים לתרום לשינויים בעובי הסרט, הן לרוחב והן לאורכו. דבר זה משפיע על ביצועי העיבוד של הסרט ומאפייני השימוש הסופי.

6. קושי בהחלפת שרף: בעת מעבר בין סוגים או דרגות שונות של שרפי פוליאולפין, או בעת החלפת צבעי אבבצ'ים, קשה לעיתים קרובות לנקות לחלוטין את החומר שנותר מההרצה הקודמת מהאקסטרודר והתבנית. זה מוביל לערבוב של חומרים ישנים וחדשים, ליצירת חומר מעבר, להארכת זמני ההחלפה ולהגברת שיעורי הגרוטאות.

אתגרי עיבוד נפוצים אלה מגבילים את מאמציהם של יצרני סרטי פוליאולפין לשפר את איכות המוצר ואת יעילות הייצור, וגם מהווים חסמים לאימוץ חומרים חדשים וטכניקות עיבוד מתקדמות. לכן, חיפוש פתרונות יעילים להתגברות על אתגרים אלה הוא קריטי לפיתוח בר-קיימא ובריא של כלל תעשיית שיחול סרטי פוליאולפין.

פתרונות לתהליך שחול סרטי פוליאולפין: עזרי עיבוד פולימריים (PPA)

עזרי עיבוד פולימרים (PPA) הם תוספים פונקציונליים שערכם המרכזי טמון בשיפור ההתנהגות הריאולוגית של פולימרים מותכים במהלך שיחול ובשינוי האינטראקציה שלהם עם משטחי הציוד, ובכך להתגבר על מגוון קשיי עיבוד ולשפר את יעילות הייצור ואיכות המוצר.

1. PPAs מבוססי פלואורופולימר

מבנה ומאפיינים כימיים: אלו הם כיום סוג ה-PPA הנפוץ ביותר, הבוגר ביותר מבחינה טכנולוגית, והיעיל ביותר להוכחה של חומרי גלם פולימריים (PPA). הם בדרך כלל הומופולימרים או קופולימרים המבוססים על מונומרים של פלואורואולפין כגון וינילידן פלואוריד (VDF), הקספלואורופרופילן (HFP) וטטראפלואורואתילן (TFE), כאשר פלואוראלסטומרים הם המייצגים ביותר. שרשראות המולקולריות של PPA אלה עשירות בקשרים CF בעלי אנרגיית קשר גבוהה וקוטביות נמוכה, המקנים תכונות פיזיקוכימיות ייחודיות: אנרגיית פני שטח נמוכה ביותר (בדומה לפוליטטראפלואורואתילן/טפלון®), יציבות תרמית מצוינת ואדישות כימית. באופן קריטי, PPA פלואורפולימרים בדרך כלל מפגינים תאימות ירודה עם מטריצות פוליאולפין לא קוטביות (כמו PE, PP). חוסר תאימות זה הוא תנאי הכרחי לנדידה יעילה שלהם למשטחי המתכת של הקובייה, שם הם יוצרים ציפוי סיכה דינמי.

מוצרים מייצגים: מותגים מובילים בשוק העולמי של PPAs פלואורופולימריים כוללים את סדרת Viton™ FreeFlow™ של Chemours ואת סדרת Dynamar™ של 3M, המחזיקות בנתח שוק משמעותי. בנוסף, סוגי פלואורופולימרים מסוימים של Arkema (סדרת Kynar®) ו-Solvay (Tecnoflon®) משמשים גם כמרכיבים מרכזיים בניסוחים של PPA, או מהווים חלק מהם.

2. עזרי עיבוד מבוססי סיליקון (PPA)

מבנה כימי ומאפיינים: הרכיבים הפעילים העיקריים בסוג זה של PPAs הם פוליסילוקסאנים, המכונים בדרך כלל סיליקונים. עמוד השדרה של הפוליסילוקסן מורכב מאטומי סיליקון וחמצן (-Si-O-) לסירוגין, כאשר קבוצות אורגניות (בדרך כלל מתיל) מחוברות לאטומי הסיליקון. מבנה מולקולרי ייחודי זה מעניק לחומרי סיליקון מתח פנים נמוך מאוד, יציבות תרמית מעולה, גמישות טובה ותכונות שאינן הידבקות לחומרים רבים. בדומה ל-PPAs פלואורופולימריים, PPAs מבוססי סיליקון מתפקדים על ידי נדידה למשטחי המתכת של ציוד העיבוד ליצירת שכבת סיכה.

מאפייני יישום: למרות ש-PPAs פלואורופולימריים שולטים בתעשיית שיחול סרטי פוליאולפין, PPAs מבוססי סיליקון עשויים להציג יתרונות ייחודיים או ליצור אפקטים סינרגטיים כאשר משתמשים בהם בתרחישי יישום ספציפיים או בשילוב עם מערכות שרף מסוימות. לדוגמה, ניתן לשקול אותם עבור יישומים הדורשים מקדמי חיכוך נמוכים במיוחד או כאשר מאפייני פני השטח ספציפיים רצויים עבור המוצר הסופי.

עומדים בפני איסורים על שימוש בפלואורופולימרים או אתגרים באספקת PTFE?

פתרו אתגרי שיחול סרטי פוליאולפין עם פתרונות PPA ללא PFAS-תוספי פולימר ללא פלואור של SILIKE

SILIKE נוקטת בגישה פרואקטיבית עם מוצרי סדרת SILIMER שלה, ומציעה חדשנותעזרי עיבוד פולימריים ללא PFAS (PPAs)קו מוצרים מקיף זה כולל PPAs טהורים ללא PFAS ב-100%,תוספי פולימר PPA ללא פלואור, ואבצ'ים של PPA ללא PFAS וללא פלואור.עַל יְדֵיביטול הצורך בתוספי פלואור, עזרי עיבוד אלה משפרים משמעותית את תהליך הייצור של LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP, ותהליכי שיחול שונים של סרטי פוליאולפין. הם תואמים את התקנות הסביבתיות העדכניות ביותר, תוך הגברת יעילות הייצור, מזעור זמן השבתה ושיפור איכות המוצר הכוללת. חומרי ה-PPA נטולי PFAS של SILIKE מביאים יתרונות למוצר הסופי, כולל ביטול שברים בהיתוך (עור כריש), חלקות משופרת ואיכות פני שטח מעולה.

אם אתם מתמודדים עם ההשפעה של איסורים על שימוש בפלואורופולימרים או מחסור ב-PTFE בתהליכי שיחול הפולימרים שלכם, SILIKE מציעה...חלופות ל-PPAs/PTFE פלואורופולימריים, תוספים ללא PFAS לייצור סרטיםהמותאמים לצרכים שלכם, ללא צורך בשינויים בתהליך.