Как контроль температуры влияет на свойства полипропиленовой пленки?

Полипропилен — это полу-кристаллический термопласт с низкой плотностью, отличными механическими свойствами, хорошей химической стойкостью, термостойкостью и хорошей изоляцией. Он широко используется в упаковочной промышленности. В различных областях применения пленки, полученные экструзией с раздувом, являются важной формой, на производительность которой напрямую влияет контроль температуры. Влияние контроля температуры на свойства полипропиленовой пленки с раздувом систематически обсуждается в этой статье с четырех аспектов: температура экструзии, температура формы, температура охлаждения и синергетический эффект соотношения и температуры выдувного формования.

Температура экструзии является основным параметром при производстве полипропиленовой пленки с раздувом, который напрямую влияет на сыпучесть расплава и качество пластификации. ПП имеет диапазон температур плавления от 155 до 165 градусов Цельсия и температуру разложения более 300 градусов Цельсия, поэтому температура экструзии обычно составляет от 180 до 240 градусов Цельсия. Этот диапазон должен быть точно адаптирован к характеристикам сырья (например, текучести расплава и распределению молекулярной массы) и требованиям процесса.
1.1 Низкая температура экструзии (180–200 градусов)
температура экструзии слишком низкая, текучесть расплава полипропилена снижается, что приводит к появлению дефектов поверхности, таких как «рыбий глаз» и линии сварки. Эти дефекты возникают из-за неполного плавления смолы, что приводит к локализованной высокой кристалличности и образованию непрозрачных структур частиц. Кроме того, низкая температура может увеличить эффект сдвига винтов, что может привести к разрыву молекулярной цепи и снижению прочности на разрыв и удлинения пленок при разрушении.
1.2 Высокая температура экструзии (220–240 градусов)
Высокие температуры улучшают текучесть расплава. Но слишком сильное тепло ускоряет распад полипропилена. Это вызывает такие проблемы, как частицы геля и рябь. Изменения температуры делают вязкость расплава неравномерной. Это также приводит к изменению толщины пленки в продольном направлении. Например, если изменение температуры в барабане превышает ±5 градусов, погрешность толщины пленки может превысить 10%. Это вредит тому, насколько хорошо фильм работает на последующих этапах.
1.3 Равномерность температуры
Температура всех секций экструдера должна быть одинаковой во избежание локального перегрева или переохлаждения. Колебания температуры приведут к нестабильной вязкости расплава и изменению продольной толщины пленки. Например, если колебания температуры в барабане превышают ±5 градусов, отклонение толщины пленки может превышать 10%, что серьезно влияет на последующую производительность обработки.

Температура формы является ключом к контролю начальной формы расплава полипропилена, когда он выходит из кольцевой формы и образует стабильные пузырьки. Обычно устанавливается от 220 до 230 градусов Цельсия. Температура формы должна быть согласована с температурой экструзии, чтобы обеспечить равномерное течение расплава.
2.1 Низкая температура (<220°C)
Низкие температуры снижают текучесть расплава, что приводит к появлению таких дефектов, как водная рябь на поверхности пузырьков. Когда расплав не полностью расслабляется на выходе из формы, возникает волна воды, образующая периодическую волну. Кроме того, низкие температуры повышают хрупкость пузырьков, делая их склонными к разрыву во время тяги.
2.2 High Die Temperature (>230 градусов)
Хотя высокие температуры улучшают текучесть расплава, они также могут нарушить стабильность пузырьков. Температура формы слишком высока, что снижает вязкость расплава, вызывая образование пузырьков в процессе расширения, что приводит к неравномерной толщине пленки. Высокие температуры также могут ускорить окислительную деградацию полипропилена, вызывая появление запаха и изменение цвета.
2.3 Зазор матрицы и однородность температуры
Зазор кольцевой матрицы должен контролироваться в пределах 0,8–1,2 мм, а края матрицы должны быть расположены на равном расстоянии друг от друга. Неравномерный зазор приведет к разнице потоков расплава в процессе экструзии, что приведет к отклонениям толщины пленки. В то же время для точного контроля температуры формы во избежание локального перегрева или переохлаждения необходимо использовать систему автоматического измерения и контроля температуры на основе термопары.

Температура охлаждения является основным параметром, определяющим кристалличность и прозрачность полипропиленовой выдувной пленки. Полипропилен — это полу-кристаллический полимер. Кристалличность полипропилена напрямую влияет на его физические свойства (например, прочность на разрыв и удлинение при разрушении) и оптические свойства (например, прозрачность и блеск).
3.1 Водяное охлаждение (15-25 градусов)
Water cooling is the circulation of cooling water around bubbles, which can significantly reduce the crystallinity of the film and improve transparency. When the cooling water temperature is controlled between 15 and 22°C, the film can be more than 90% transparent, with a smooth, blemish-free surface. If the water temperature is too high (>30 градусов) и пленка недостаточно охлаждена, кристаллизация увеличится, а прозрачность быстро уменьшится. И наоборот, если температура воды слишком низкая (<15°C), the film becomes viscous and exhibits poor opening properties, although transparency is further enhanced.
3.2 Ограничения на воздушное охлаждение
Воздушное охлаждение — это использование воздушных колец для охлаждения пузырьков. Оборудование простое и требует меньше места, но точно контролировать скорость охлаждения сложно. Полипропилен с его высокой кристалличностью и низкой прочностью расплава склонен к образованию пузырьков и неравномерной толщине при использовании воздуха для охлаждения, а прозрачность пленки обычно ниже, чем при водяном охлаждении. Таким образом, применение воздушного охлаждения при производстве полипропиленовых воздуходувок меньше, а применение при производстве полипропиленовых воздуходувок более распространено.
3.3 Расход и однородность охлаждающей воды
Поток охлаждающей воды должен быть согласован с температурой воды. Увеличение скорости потока на 15–25 градусов может улучшить охлаждение, но слишком большая скорость может повлиять на пузырьки и вызвать появление морщин. Недостаточные результаты скорости потока приводят к недостаточному охлаждению и снижению прозрачности пленки. Кроме того, кольца охлаждающей воды необходимо держать горизонтально, чтобы избежать неравномерности потока воды и последующих отклонений толщины пленки.

Коэффициент выдува, то есть отношение диаметра пузырьков к диаметру формы, напрямую влияет на прочность на поперечный разрыв и однородность толщины пленки. Контроль температуры должен быть оптимизирован в сочетании со степенью взрыва для достижения оптимального баланса механических свойств пленок.
4.1. Ограничения-коэффициента раздува при низких температурах
Когда температура экструзии или температура формы низкая, расплав полипропилена становится менее текучим и требует меньшей скорости взрыва (обычно менее 2,0), чтобы предотвратить разрыв пузырьков. В этих условиях чем меньше поперечная прочность пленки на разрыв, тем ниже, но выше продольная прочность на разрыв из-за влияния тяги.
4.2 Оптимизация степени струйной обработки при высокой температуре
High temperature enhances the fluidity of the melt, expanding the explosion ratio to 2.0-2.5. This greatly improves the film's transverse tensile strength and thickness uniformity film. However, a high bloating ratio (>2.5) может привести к раскачиванию и даже лопанию пузырьков.
4.3 Динамическая регулировка температуры и степени взрываемости
На практике температура и степень набухания-должны динамически регулироваться в соответствии с характеристиками сырья (например, скоростью течения расплава) и требованиями к продукту (например, толщиной пленки и прочностью на разрыв). Например, для производства пленок с высокой-прозрачностью могут потребоваться более низкие температуры экструзии (200–220 градусов) и меньший коэффициент раздутия-(1,8-2,0), тогда как для производства высокопрочных пленок требуются более высокие температуры экструзии (220–240 градусов) и более высокий коэффициент разрыва (2,0–2,5 градуса C).

Помимо прозрачности и механических свойств, контроль температуры играет важную роль в термоусадке, химической стойкости и стабильности обработки полипропиленовых пленок с раздувом.
5.1 Термическая усадка
Термическая усадка полипропиленовых пленок тесно связана с кристалличностью. Чем ниже температура охлаждения, тем ниже кристалличность пленки и выше термоусадка. Например, пленки, охлажденные при 15 градусах, показали продольную термоусадку 1,5% и поперечную термоусадку 1,8%, а пленки, охлажденные при 25 градусах, показали термоусадку менее 1,0%.
5.2 Химическая стойкость
Высокая температура экструзии и охлаждения может улучшить химическую стойкость пленки. Более высокие температуры способствуют более тесному выравниванию молекулярных цепей полипропилена и повышению их кристалличности, что повышает их устойчивость к кислотам, щелочам и солям. Например, пленки, полученные при 220-240 градусах, могут потерять менее 5% своей прочности на разрыв после 24 часов замачивания в 5%-ном растворе соляной кислоты, а пленки, изготовленные при 180-200 градусах, могут потерять более 10% своей прочности на разрыв.
5.3 Стабильность процесса
Контроль температуры также влияет на стабильность обработки пленки. Большие колебания температуры экструзии или температуры матрицы могут привести к таким дефектам, как неравномерная толщина и морщины, что усложняет последующие процессы, такие как печать и ламинирование. Поэтому современные полипропиленовые воздуходувки часто используют компьютеризированную автоматическую систему управления и контроль измерения температуры на основе термопар-, чтобы обеспечить стабильность производства.
6. Заключение:
Контроль температуры является ключевым этапом в производстве ПП-пленки, полученной экструзией с раздувом, который напрямую влияет на прозрачность, механические свойства, термическую усадку и стабильность обработки пленки. Оптимизируя температуру экструзии, температуру пресс-формы, температуру охлаждения и коэффициент выдувного формования, можно точно регулировать свойства пленок. Например, высокоэффективные-ПП-пленки для выдувного формования с прозрачностью, большей или равной прозрачности, большей или равной 90 %, прочностью, большей или равной 45 МПа, термической усадкой менее или равной 1,5, меньшей или равной 1,5 %, можно производить при температуре экструзии 200–220 градусов, температуре формы 220–230 градусов и температуре охлаждающей воды 15–22. степень и коэффициенты выдувного формования 2,0-2,5 градуса C. С развитием материаловедения и технологий обработки контроль температуры будет становиться все более интеллектуальным и точным, обеспечивая надежную поддержку полипропиленовой пленки с раздувом, которая будет широко использоваться в упаковке пищевых продуктов, фармацевтической упаковке, сельскохозяйственной пленке и других областях.