三层共挤聚烯烃热收缩膜(POF)的加工及应用

塑料2003年32卷第5期三层共挤聚烯烃热收缩膜( P0F )的加工及应用三层共挤聚烯烃热收缩膜(POF)的加工及应用林咏波(广东金明塑胶设备有限公司广东汕头515064 )摘要采用PP作为内外层材料LLDPE作为中层材料,经三层共挤吹塑形成第一膜管第一膜管经过加热后进行吹胀拉伸形成第二膜泡制得三层共挤聚烯烃热收缩膜( POF )。研究了POF的加工工艺并进行产品性能测试结果均符合包装要求。具有极高的收缩率和其它类型的热收缩不能比拟的性能应用范围特别广泛。关键词三层共挤环保型聚烯烃热收缩膜;双泡管膜法高弹态拉伸比吹胀比;收缩率中图分类号:TQ320.721文献标识码 A文章编号 :1001 -9456( 2003 )05 -0070 -04.Processing and Application of Three Layer Coextruded Polyolefin Heat Shrinkable Film( POF )LIN Yong-bo( Guangdong Jinming Plastics Equipment Co. Ltd. Shantou 515064 ,China )Abstract [ WT ]Using PP as the inner and outer materials ,LLDPE as the middle material ,thethree layer coextruded polyolefin heat shrinkable film with the double bubble system were formed. Thepolymers were extruded and immediately chilled by water to get the primary tube. Then it was inflatedandelongated quickly to create the main bubble after being enough heated up. The manufacturing tech-nique was studied and the performance of the POF was tested. The results met the requirement of thepakaging. The POF had very high shrinkage ratio and excellent performance that was beyond thereach of other shrinkable film. .Key words three layer coextruded ,environmental protection ;polylefin heat shrinkable film ;POF ;doublebubble system ;high elasticity ;stretch ratio ;blow ratio shrinkage ratio前言.( 3 )焊接性能好强度高适合手动、半自动、高速三层共挤聚烯烃热收缩膜(POF)是近年来出现的和全自动包装;新型热收缩包装材料是-种环保型包装材料。20 世(4)耐寒性好,-50C以下不脆裂;纪90年代初源于意大利,目前在欧美等发达国家,(5)环保无毒符合美国FDA及USDA标准适用POF已得到广泛的应用,并迅速成为国际上热收缩包食品包装。装膜的消费热点。近几年国内公司先后引进设备和现阶段在国内塑机行业中广东金明塑胶设备有技术开发生产此类薄膜,不但畅销国内市场还出口限公司率先自行研制开发出与国外先进水平相同的三到国外。该产品具有如下特点" :层共挤POF吹塑机组。该机组采用双泡管膜法成型( 1 )透明度高光泽性好,充分展示包装物外观，技术生产PP/PE/PP三层共挤POF。下面以三层共挤提高档次;聚烯烃热收缩膜的收缩机理、使用原料、生产设备、加( 2 )收缩率高达75% ,韧性好，适应性好使用安工工艺|中国煤化工绍,并展望POF的发全耐揉搓;展前景MHCNMHG收稿日期2003 -06 -26作者简介林咏波( 1973 - )男山东建材工业学院高分子材料专业毕业现任广东金明塑胶设备有限公司工艺分部主任。一70塑料三层共挤聚烯烃热收缩膜( POF )的加工及应用2003年32卷第5期1三层共挤 POF的热收缩机理2]及应用过程中不会产生有毒气体及异味。使用前需高聚物的物理状态有玻璃态、高弹态和粘流态。将原料和助剂在高速搅拌机中混合充分。当高聚物处于高弹态时受外力作用发生强迫变形,即3主要设备(广东金明塑胶设备有限公司制造)分子沿作用力方向产生取向排列,此时将高聚物骤冷(1 )挤出系统:挤出机三台(内、外层螺杆到玻璃化温度下分子取向被冻结”,如果再将其加φ40mm中层螺杆φ65mm )三层共挤锥面叠加机头。热分子产生热运动强迫变形消失分子恢复原来状(2 )第-膜泡成型系统冷却水环、第一膜管 定型态则产生收缩。装置、张力控制装置、第一牵引装置。2原材料的选择( 3 )第二膜泡成型系统:第二牵引装置、红外线烘三层共挤POF的一个优点是配方可以在较大范箱装置(德国元件进口)精密温度控制装置(调功模围内调整对于要求收缩率不同的制品可以通过改变块)红外线测温装置(美国元件进口)膜泡外冷装其层次结构或选用不同的原材料，以满足市场要求这置。里着重探讨三层共挤热收缩膜。(4 )旋转收卷装置( 双剖双收):第三、四牵引装三层共挤POF的主要结构组成:置、张力控制装置、间隙卷取装置。外层PP/中层PE/内层PP4三层共挤POF的生产工艺过程及温度控制一般的 PP采用二元或三元共聚聚丙烯,MI 在3g/三层共挤POF以LLDPE和共聚PP为主要原料,10min ~ 6g/10min的拉伸级树脂,如3C37、5C37共聚添加必要的助剂加工成型。与传统的共挤吹塑加工工PP和均聚PP的选用可获得不同收缩率的制品。PF艺不同它采用了双泡管膜法成型工艺4。可采用分子量分布较窄的LLDPE,如2045AC3]。此物料通过挤出机熔融塑化进入锥面叠加机头经外,一些C6-LLDPE或茂金属线性聚乙烯材料正逐步过外冷水环和第-膜管定型装置形成第-膜管再经应用到POF中使POF的性能更多样化,应用领域更过加热进行拉伸吹胀形成第二膜泡进入旋转收卷装广阔。此外还需要添加爽滑剂、抗粘剂、抗静电剂等。置收卷成膜卷。其工艺流程如下:以上所有原料均为环保无毒型材料在生产加工共聚PP+助剂PE+助剂>|锥面叠加机头]- >.第一 膜管]- ,泠却- >|第一牵引- >|张力装置- >.第二牵引- -预加热- ,|共聚PP+助剂-仁次吹胀}- ,冷却- .第三牵引→切边、剖边]- .|第四牵引-张力控制- ,卷取-定型对原料加工的过程中,内(外)层挤出机、中层挤出机、机头、烘箱区域的加工温度曲线分别见图1、2、370和4所示。165 t165包16016155剪1550区二区I三区四区换网区二区三区四区五区换网内(外)层挤出机中层挤出机图1内(外)层挤出机的温度曲线图2中层挤出机的加工温 度曲线当改变配方或挤出量时需调整加工温度烘箱中5拉中国煤化工的温度设定必须使膜管在拉伸吹胀区达到拉伸温度在:MYHCNMHG拉伸比和吹胀比是极.(材料的高弹态)。另外烘箱中温度的设定随膜管厚重要的参数,直接影响第二膜泡成型的稳定性和制品度、原材料及拉伸速度的变化而变化。的收缩率。在这里采用较高拉伸比和吹胀比( 5~6 )来获得较高收缩率的制品。-71一塑料2003年32卷第5期三层共挤聚烯烃热收缩膜( P0F )的加工及应用15μm、19μm、25μm。制品的宽度根据需要可分切为165300mm、500mm、600mm等规格。1606.2 三层结构比例155 IPP! LLDPE/PP= 15/70/15 ,根据包装需要各层比.例可作调整。-区二区三区口模区机头6.3制品的收缩性 能图3机头区的加工温 度曲线以19μm的POF作试验结果如下:120 t( 1 )不同方法测定的热收缩率(见表1 )110表1 不同方法测定的收缩率R1100项目方案1方案2纵向收缩率/%55590横向收缩率/%58注:方案1取100mm x 100mm样品置于烘箱中;区二区三区四区五区六区七区八区方案2取100mmx100mm样品置于甘油中;烘箱T= 120C加热时间1min。图4烘箱的温度曲线( 2 )收缩率的变化曲线[5]拉伸比、吹胀比与制品厚度的关系:取100mmx100mm样品置于不同温度的甘油中,( 1 )吹胀比=制品膜泡直径膜管直径;(2 )拉伸比=第三牵引辊拉伸线速度/第二牵引其收缩率的变化如图5所示。辊线速度;9( 3 )制品薄膜厚度=膜管厚度(拉伸比x吹胀比);号( 4 )收缩率大小受到原料、工艺温度、拉伸比、吹最30胀比的影响,-般高收缩率MD/TD(纵向/横向)多为45%~68%。070901101301506制品及其主要性能温度/C图5 POF 的收缩率随温度的变化曲线6.1制品规格根据不同的用途可生产出不同规格的制品,-般耐寒性制品厚度范围为12μm ~ 30um ,常用的厚度有12μm、三层共挤P0F在- 50°C以下保持柔软,不发生脆裂适合于在寒冷环境下运输和储存。s.5物理性能(见表2)6]表2三层共挤POF的物理性能密度/( g/cm3 )厚度/μm收缩率/%( 120C )拉伸强度/MPa断裂伸长率/%测量值0. 916纵向55横向58纵向105横向1009C6.6卫生性能而PVC密度大较厚20μum )因此单位面积成本高。三层共挤POF所采用的材料都是环保无毒型材( 2)物理性毕mp厦府均匀、质薄、透明度好、收中国煤化工业料在加工和使用过程中卫生无毒符合FDA标准,可缩率高:0HCNMHG包装棱角柔软，安全适用于食品包装。耐低温,儿收mui以心冷发脆易破损。6.7 POF与PVC热收缩膜对比(3 )加工性能:POF不粘刀易加工适用于快速(1)成本POF密度小厚度薄其单位面积成本低;自动包装,而 PVC易粘刀作业不便。- 72塑料三层共挤聚烯烃热收缩膜( POF )的加工及应用2003年32卷第5期( 4 )环保性能:POF是无毒环保型材料,而PVC加着占市场较大份额的PVC热收缩膜正逐步被淘汰,工时有异味和有害气体产生。POF开发的潜力巨大。展望21世纪,随着经济的发.7三层共挤 POF应用及发展前景展人民生活水平的提高,促使产品对包装要求的进--三层共挤POF的用途十分广泛,市场广阔,以其步提高。我国加入WTO后与国际市场接轨大量出口优秀的性能及环保无毒的优点,受到世界上发达国家商包装的要求逐步提高,以及国内超市发展对货架商的广泛认可基本上取代了PVC热收缩膜成为主流产品包装的要求逐步提高对三层共挤POF的需求量将品。在我国,随着POF生产线的引进,POF 立即在以迅速增长。另外随着POF加工技术、产品性能的进上应用领域成为塑料包装行业供不应求的高附加值产-步提高我国生产的POF将参与国际竞争打入国品之一。伴随着技术的提升工艺的完善产品的功能外市场并将成为另一个市场增长点。可以预见三层.开发更加齐全必将进一步促进 POF快速发展。主要共挤系列热收缩膜的市场前景是非常广阔的。应用在以下方面:参考文献:(1)食品、饮料、药品、保健品;[1]曾兆华. 环保型聚烯烃热收缩膜的开发与应用展望J](2 )文具、化妆品、工艺品及日用化工产品、玩具;塑料加工2001 (6)7-9.(3 )书报、音像制品;[2] 吴培熙王祖玉.塑料制品生产工艺手册M]北京:化学工业出版社(第二版) ,1996.(4)电器元件、机器;[3] 张知先.合成树脂与塑料牌号手册(上册M ]北京化( 5 )适合超市商品包装、货架存放。学工业出版社(第二版) 2000. 10.8结语我国生产POF始于20世纪90年代中期,目前国[4] 邓瞬扬王强朱普坤.新型塑料薄膜M ]北京中国轻工业出版社,1996. 6.内有10余条POF生产线全部为进口设备,设计生产[5]温绍国. 聚烯烃热收缩膜收缩曲线的测定及其应用研究能力约2万吨而实际产量还不到70%。虽然国内在[J]塑料包装2001 (3)14-17.三层系列POF的应用还处于初步阶段但每年的需求[6] 卜春贤.塑料实用性能实验手册[ M]上海上海科学技量已近3万吨,还有一部分的POF依赖进口,现在每术出版社,1988.2.年国内POF的需求量正以12%~15%的速度递增随.(本文编辑SxQ )(上接77页)6结束语膜料坯(在未经吹胀及风环冷却情况下获得的料坯)通过计算机辅助设计可以模拟出螺旋芯棒的几何的厚度公差范围进行比较假定沿料坯纵向无厚度公结构参数对模头漏流分布的影响选择合理的芯棒几差对于设计的这个机头(口模间隙为1. 5mm ),其管何结构参数从而设计出分配效果好的螺旋芯棒式机膜料坯的厚度变化范围在1.47mm~1.71mm之间,相头。尽管螺旋机头理论计算和实测值存在误差但仍对于平均厚度1.56mm而言料坯的厚度公差范围为可以看到实测的厚度变化范围比理论计算结果小很-7.14% ~8. 02%。从结果来看,实测的厚度公差范多。虽然目前还找不到适当的关系式来说明理论计算围低于理论计算的变化范围。这种计算误差主要是因与实际结果之间的关系,但是通过正确的理论设计减为对于物料mLLDPE而言其熔体流动指数与剪切速小制品厚度公差的趋势是可以掌握的。因此通过计率有关,而熔体通过螺旋分配系统时又处于一个广泛算机计算来正确选择机头设计参数是---个可行的比较的剪切速率变化范围之中这就使取定的熔体流动指好的方法。数在实际上已不再是一个常数而是一个实际变数这一变数随剪切速率的降低而降低,当其他几何因素已[ 1 ] W Tubular. Film and pipe extrusion moulds with spiral确定后熔体流动指数的降低使纯轴向流量的分布曲spreade[ I 1. German Plastics 1976 66(4)3-5.线变得较为平坦从而减小了厚度变化范围。另外对中国煤化工塑料机械设讯M]北京:理论计算的-些假设也会造成理论计算与实测的误YHCNMHG差。除此之外由于理论计算只限于分流器部分在分[ 3 ] B Procter. Analysis for extrusion die desigr[ C ] SPEAnu Tech Conf'27 ,1971 211 -218.流器部分到口模之间的缓冲槽还会对厚度公差的减小(本文编辑SXQ)产生-定的影响。.--73一