Extrusionsblasformen von Polyethylenfolien

 

Polyethylenfolie (PE) ist die am häufigsten hergestellte und am weitesten verbreitete Art von Kunststofffolie. Es ist ungiftig, geruchlos und verfügt über eine hohe Festigkeit und Zähigkeit sowie eine ausgezeichnete Feuchtigkeitsbeständigkeit, Wasserbeständigkeit, Öffnungsfähigkeit, Beständigkeit gegen niedrige{2}Temperaturen und ein gewisses Maß an Transparenz. Es verfügt über hervorragende Heißsiegeleigenschaften bei einer relativ niedrigen Heißsiegeltemperatur (ca. 100 Grad), was das Heißsiegeln mittels elektrischer Heizung und die bequeme Herstellung von Beuteln ermöglicht. Polyethylenfolie wird direkt durch Extrusionsblasformen aus Polyethylenharzpellets hergestellt, im Allgemeinen ohne die Notwendigkeit von Zusatzstoffen; Zum Färben können Farbmasterbatches beigemischt werden. Zu den für blasgeformte Folien verwendeten Polyethylenharzpellets gehören Polyethylen niedriger -Dichte (LDPE), lineares Polyethylen niedriger -Dichte (LLDPE) und Polyethylen hoher -Dichte (HDPE).

 

 

1. Landwirtschaftliche Gewächshausfolien

Landwirtschaftliche Gewächshausfolien sind Breitfolien, die aus LDPE oder einer Mischung aus LDPE- und LLDPE-Harzen im Blasverfahren mit horizontaler Extrusion nach oben-blasgeformt werden. Der gefaltete Durchmesser der Folie variiert stark (kleiner oder gleich 1000 mm oder größer oder gleich 5000 mm), mit einer Dicke von 0,03–0,14 mm, einer Zugfestigkeit von größer oder gleich 12 MPa und einer Bruchdehnung von größer oder gleich 300 %.

 

Landwirtschaftliche Gewächshausfolien sind regensicher, licht{0}durchlässig und wärmeisolierend-und ermöglichen so den ganzjährigen Anbau verschiedener Gemüse-, Obst- und anderer Nutzpflanzen in Gewächshausüberdachungen. Basierend auf den landwirtschaftlichen Bedürfnissen gibt es derzeit verschiedene Arten funktioneller Gewächshausfolien für die Landwirtschaft:
(1) Verstärkte Gewächshausfolien: Diese Folien werden durch Zugabe von mehr als 25 % (Massenanteil) LLDPE-Harz zu LDPE hergestellt, was die Zugfestigkeit auf 20 MPa und die Bruchdehnung auf größer oder gleich 400 % erhöht. Wenn LLDPE-Harz vollständig zum Folienblasen verwendet wird, ist die Festigkeit noch höher, mit zusätzlichen Vorteilen wie Durchstoßfestigkeit und einer glatten Folienoberfläche, und die Foliendicke kann um 20–30 % reduziert werden.
(2) Langlebige-Gewächshausfolien: Die Lebensdauer gewöhnlicher Gewächshausfolien beträgt 0,5–1 Jahr, während die Lebensdauer langlebiger Gewächshausfolien verdoppelt oder sogar noch erhöht werden kann und 2–3 Jahre erreicht. Sie werden durch Zugabe von 0,3–0,5 Massenteilen Lichtschutzmitteln und 0,1–0,3 Massenteilen Antioxidantien zu LDPE-Harz hergestellt. Zuerst wird Weißöl verwendet, um die Oberfläche von LDPE zu benetzen, dann damit vermischt und schließlich extrudiert und zu Folien blasgeformt.
(3) Anti-Tropfende Gewächshausfolien: Diese Folien haben keinen Wassernebel oder Wassertropfen auf ihrer Oberfläche, was die Lichtdurchlässigkeit verbessern und ein besseres Pflanzenwachstum fördern kann. Dem Polyethylenharz wird eine angemessene Menge an Tensiden oder Anti-Tropf-Masterbatches zugesetzt, um die Affinität der Folie zu Wasser zu erhöhen, wodurch zahlreiche kleine Wassertröpfchen auf der Folienoberfläche zu großen zusammenwachsen und an der Folienwand entlang zum Boden fließen. Dadurch wird Wassernebel auf der Innenfläche der Folie vermieden, die Folientransparenz verbessert und verhindert, dass Wassertropfen direkt auf die Feldfrüchte tropfen.

2. Landwirtschaftliche Mulchfolien

Landwirtschaftliche Mulchfolien werden als „Bodenbedeckungsfolien“ für landwirtschaftliche Zwecke abgekürzt. Es handelt sich um ultra-blasgeformte-Folien aus LDPE mit einer Dicke von 0,008–0,014 mm und einer Breite von 600–1000 mm. Gewöhnliche farblose und transparente Mulchfolien werden hauptsächlich als Sämlings--Aufzuchtfolien und Ernte-{10}}Abdeckfolien verwendet, die die frühe Reife fördern und den Ertrag von Nutzpflanzen steigern sowie Krankheiten und Schädlinge verhindern können. Sie werden im Allgemeinen im Aufwärtsblasverfahren hergestellt.

 

Funktionelle Mulchfolien werden durch Zugabe von 3–5 % (Massenanteil) an Farbstoffen zu Polyethylenharz gefärbt, wodurch Folien in verschiedenen Farben wie Rot, Gelb, Blau, Grau und Schwarz entstehen. Diese farbigen Folien ermöglichen es verschiedenen Gemüse- und Obstsorten, das erforderliche Lichtspektrum zu erhalten und so die Ziele einer frühen Erntereife, Ertragssteigerung, Schädlingsbekämpfung und Hemmung des Unkrautwachstums zu erreichen.

3. Verpackungsfolien

Verpackungsfolien aus Polyethylen werden in leichte Verpackungsfolien und Hochleistungsverpackungsfolien unterteilt.
(1) Leichte Verpackungsfolien: Sie bestehen aus LDPE-Harz und werden hauptsächlich zum Verpacken verschiedener Produkte wie Lebensmittel, Gebäck, Süßigkeiten, Gemüse, Obst, Arzneimittel, Textilien, Artikel des täglichen Bedarfs und Kleidung verwendet. Um die Produktion auf automatischen Verpackungslinien zu erleichtern, muss eine kleine Menge Gleitmittel oder Antistatikmittel hinzugefügt werden. Sie werden hauptsächlich im Aufwärts--Blasverfahren oder im Horizontal--Blasverfahren hergestellt. Der gefaltete Durchmesser der Folie variiert stark (kleiner oder gleich 70 mm oder größer oder gleich 1000 mm), mit einer Dicke von 0,02–0,20 mm und einer Zugfestigkeit von größer oder gleich 10 MPa.

 

Westentaschen, Kleidersäcke und andere Produkte aus HDPE-Harz sind Einkaufstaschen für verschiedene Gebrauchsgüter und haben ein beträchtliches Nutzungsvolumen. Sie werden hauptsächlich im Aufwärtsblasverfahren mit einem gefalteten Durchmesser von 70–1000 mm, einer Dicke von 0,007–0,10 mm und einer Zugfestigkeit von mindestens 25 MPa hergestellt.

 

(2) Hochleistungsverpackungsfolien: Diese Folien werden aus LDPE-Harz mit relativ hohem Molekulargewicht im Aufwärtsblasverfahren mit einer Dicke von 0,2–0,35 mm hergestellt. Jede Tasche kann Gegenstände mit einem Gewicht von 20–30 kg aufnehmen. Sie werden hauptsächlich zum Verpacken verschiedener Produkte wie landwirtschaftliche Produkte, chemische Rohstoffe, chemische Düngemittel, Pestizide, Lebensmittel, Zucker, Salz, Arzneimittel und Textilien verwendet.

 

 

Die Schmelzflussrate (MFR) von LDPE-Harz, das für blasgeformte Folien verwendet wird, liegt in einem weiten Bereich von 0,5–7 g/10 Min. und die Auswahl basiert hauptsächlich auf den unterschiedlichen Verwendungszwecken der Folie (siehe Tabelle 6-8).

 

 

Tabelle 6-8 Auswahl von LDPE-Harz für die Folienproduktion

Arten von Filmen	Leichte Verpackungsfolie	Folie mit hoher-Transparenz	Landwirtschaftliche Mulchfolie aus Kunststoff	Gewächshausfilm	Wärmeschrumpffolie	Strapazierfähige-Verpackungsfolie
Harz-MFR / (g/10min)	2~4	5~7	4~7	1.5~4.5	2~5	0.25~0.5

 

Der MFR des für LLDPE-Folien verwendeten Harzes beträgt 1–2 g/10 Min. und der für HDPE-Folien 0,2–1 g/10 Min. HDPE-Harz hat eine relativ hohe Schmelztemperatur und eine hohe Viskosität im Bereich der Schergeschwindigkeitsänderungen. Aufgrund seiner linearen Molekülstruktur weist es eine starke Strömungsorientierung auf.

 

 

 

1. Extruder

Gewöhnliche LDPE-Folien mit einem gefalteten Durchmesser von mehr als 300 mm werden im horizontalen Aufwärtsblasverfahren mit einem Schneckendurchmesser von 45–150 mm geformt. Wenn der gefaltete Durchmesser größer als 1 m ist, können zwei Einschneckenextruder für die Co-Extrusion verwendet werden, um breite Folien herzustellen. Das Längen-{10}}Durchmesser-Verhältnis der Schraube beträgt 20–30 und das Kompressionsverhältnis 3–3,5. Die Schraubenstruktur ist eine schrittweise -Schraube.

 

Für die Herstellung von HDPE-Folien eignen sich kleine Extruder mit einem Schneckenlängen-{1}Durchmesserverhältnis von 16–25. Die Schneckenstruktur ist mit einer Schersektion und einer Mischsektion ausgestattet.

2. Die Köpfe

Bei LDPE-Folien werden meist Spiraldüsenköpfe oder Spinnendüsenköpfe mit einem Düsenöffnungsdurchmesser von 100–1000 mm verwendet. Wenn eine gute Gleichmäßigkeit der Dicke erforderlich ist, kann ein rotierender Düsenkopf gewählt werden. Die Hauptverfahren sind die Aufwärts--Blasmethode und die horizontale-Blasmethode.

 

HDPE-Folien verwenden Spiraldorndüsenköpfe. Es ist zu beachten, dass übermäßige Schergeschwindigkeiten in der Struktur und den Abmessungen des Strömungskanals, der Spirallinien und der Düsenöffnung vermieden werden sollten; andernfalls ist es wahrscheinlich, dass es zu Schmelzbrüchen kommt. Aufgrund der oben genannten Formeigenschaften von HDPE ist die Düsenöffnungsgröße von HDPE-Folien relativ klein, im Allgemeinen 30–200 mm.

3. Kühlung

Hauptsächlich kommt die Luftringkühlungsmethode zum Einsatz. Der Gebläsedruck beträgt 4000–8000 Pa und die Durchflussrate 15–75 m³/min.

 

 

1. Extrusionstemperatur

Die Extrusionstemperatur wird hauptsächlich durch die Schmelzfließgeschwindigkeit von Polyethylen bestimmt. Je höher die Schmelzflussrate, desto niedriger ist die Extrusionstemperatur. Die Temperatur des Extruders steigt von der Zufuhröffnung bis zur Filterplatte allmählich an, und die Temperatur am Düsenkopf ist im Wesentlichen gleich der Temperatur am Schneckenkopf oder liegt geringfügig um 10–20 Grad darunter. Dies gewährleistet stabile Dickfolienzuschnitte und eine gute Folientransparenz. Die Extrusionstemperatur von Polyethylenfolien ist in Tabelle 6-9 aufgeführt.

 

 

Tabelle 6-9 Extrusionstemperatur von Polyethylenfolien

Arten von Filmen		Schnecken- und Zylindertemperatur/Grad			Temperatur/Grad
		Zone 1	Zone 2	Zone 3	Stecker	Schimmel
LDPE-Folie	Leichte Verpackungsfolie Gewächshausfilm Strapazierfähige-Verpackungsfolie	120~140 130~140 140~160	150~160 150~170 160~180	170~180 180~190 180~200	170~180 180~190 190~200	160~170 170~180 180~190
LLDPE-Folie		160~180	180~200	200~220	200~220	220~230
HDPE-Folie		200~220	220~240	240~260	250~260	240~250

2. Die Öffnungslücke

Die Größe des Düsenöffnungsspalts variiert je nach Harz und sein Bereich ist in Tabelle 6-10 dargestellt.

 

Tabelle 6-10 Bereich der Düsenöffnungsabstände

Filmtyp	LDPE	LLDPE	HDPE
Matrizenspalt/mm	0.5~1.0	1.5~2.5	1.2~1.5

 

 

Wenn die Schmelzfließrate des Harzes zunimmt, wird ein kleinerer Düsenöffnungsspalt gewählt; Bei zunehmender Foliendicke wird ein größerer Spalt gewählt. Beispielsweise ist bei LDPE-Hochleistungsverpackungsfolien der MFR relativ klein und die Folie dicker, sodass ein Düsenöffnungsspalt von 1 mm gewählt wird. Bei LDPE-Leichtverpackungsfolien ist der MFR relativ groß und die Folie dünner, sodass der Düsenöffnungsspalt 0,5–0,6 mm beträgt.

 

LLDPE-Harz hat eine hohe Schmelzviskosität und seine Schmelzviskosität reagiert nicht empfindlich auf Änderungen der Schergeschwindigkeit. Daher ist die Extrusionstemperatur von LLDPE höher als die von LDPE und auch der Düsenöffnungsspalt ist viel größer als der von LDPE. Wenn der Spalt nicht vergrößert wird, erscheinen auf der Folienoberfläche raue „Haifischhaut“-Muster.

 

HDPE-Harz hat eine relativ geringe Schmelzflussrate, daher ist sein Düsenöffnungsspalt etwas größer als der von LDPE.

3. Blow-Up-Verhältnis

Nachdem der Folienzuschnitt den Düsenkopf verlassen hat, bläst Druckluft den dicken Folienzuschnitt auf, wodurch sich sein Durchmesser vergrößert und seine Dicke verringert (Querstreckung). Das Aufblasverhältnis beträgt im Allgemeinen 2–5. Das Aufblasverhältnis darf nicht zu groß sein; Andernfalls wackelt der Blasenschlauch, die Blasenform wird instabil, die Filmdicke wird ungleichmäßig und der Film bricht leicht. Wenn das Aufblasverhältnis zunimmt, erhöhen sich die Zugfestigkeit in Querrichtung, die Reißfestigkeit und die Schlagfestigkeit der Folie, aber die Transparenz und der Glanz nehmen ab und die Zugfestigkeit in Längsrichtung nimmt ab. Die Aufblasverhältnisse von Polyethylenfolien sind in Tabelle 6-11 aufgeführt.

 

Tabelle 6-11 Aufblasverhältnisse von Polyethylenfolien

 

Filmtyp	LDPE	LLDPE	HDPE
Blow-Up-Verhältnis	1.5–3.5	1.5–2.0	3.2–6.0

4. Zeichnungsverhältnis

Nachdem die Polyethylenfolie den Extrusionsdüsenkopf verlässt und zu den Zugwalzen geführt wird, wird die Folie einer Längsstreckung unterzogen. Die lineare Geschwindigkeit der Zugwalzen ist im Allgemeinen drei- bis fünfmal höher als die lineare Extrusionsgeschwindigkeit, sodass die Folie in Längsrichtung drei- bis fünfmal gedehnt wird und ihre Zugfestigkeit in Längsrichtung deutlich verbessert wird. Dies ist für den Einsatz von Folienverpackungsbeuteln von Vorteil, da diese hauptsächlich Längszugkräfte aufnehmen.