POD工艺在软包装基材中的应用及发展

作者:金明精机股份有限公司 龚晓燕 文章来源:PT塑料网 点击数:3 发布时间:2019-01-12
与传统的三层共挤技术相比,五层非阻隔共挤膜(POD)技术拥有很多优势,包括更广泛的原材料选择以及生产工艺方面的优势,这有助于提高制品品质,降低材料成本,从而弥补增加设备所进行的投入。
POD工艺在软包装基材中的应用及发展

POD的概念及发展缘由

POD是Five-layer Polyolefin-dedicated Blown Film的英文简称,也是国际行业公认的非阻隔五层共挤聚烯烃专用挤出技术的简称,区别于人们普遍认为的共挤五层阻隔薄膜的工艺技术。

作为软包装的PE吹膜工艺从80年代以前的单层共混工艺,到90年代时三层共挤技术开始兴起,发展至今,市场已完全认同了多层共挤工艺的技术优势。但随着下游包装工艺对软包装材料的要求越来越多,不同功能的功能性原材料推陈出新,三层共挤功能性膜的生产工艺又发展成不同挤出机的共混加共挤技术。

众所周知,不同的原材料有其各自的优势性能,但太多材料在挤出机内共混挤出会导致一些原材料的优势性能得不到充分展现。同时,同一挤出机多种原材料共混挤出,也会出现很多塑化不好或晶点等品质缺陷出现。

因此,POD非阻隔五层共挤聚烯烃共挤技术就应运而生,从2010年起得到快速发展,通过近几年的市场印证,也得到了广泛认同。

POD工艺在薄膜加工中的应用优势

POD工艺目前已经在PE印刷及复合基材、FFS重包装袋、冷拉伸套管膜、PE热收缩膜、POF收缩膜、功能性农用大棚膜上得到广泛的应用。

POD在不同应用领域薄膜制造中体现了一些共性的优势:

1.制品机械性能更加优异

使用三层和五层共挤工艺生产的功能性薄膜,在功能性材料使用配比一致的前提下,薄膜成型后,五层共挤工艺生产的PE膜,薄膜机械性能明显优于三层共挤工艺生产的薄膜。

在功能性材料配比一致的条件下,三层共挤薄膜与五层共挤薄膜的力学性能对比
薄膜力学性能对比(三层共挤薄膜 vs. 五层共挤薄膜;功能性材料配比一致)

2.层间比变化范围更广,降低综合材料成本

所有的PE功能性薄膜都具有三个功能层,表层是后道工序加工层、中间层是机械性能层、内层是热封层,不管是三层还是五层共挤,最终所有的薄膜都是归类到三个功能层。

三层共挤工艺由于挤出机配置及工艺所限,制品的层间比一般是1:1:1到1:3:1的跨度,难以实现更大范围的变化。
而这个问题在使用五层共挤工艺后可以轻松解决,从下图的示意中可以发现,通过灵活的配比,五层共挤工艺能够实现从1:1:1到1:8:1的层间比调整,从而使原材料成本控制更具有优势,在保证薄膜使用功能的前提下,将昂贵原材料的使用量降到最低。

三层共挤薄膜和五层共挤薄膜的常规层间比例变化对比
五层POD共挤技术可实现更为灵活的层间比例控制

3.配方设计更均衡,改善薄膜外观质量

传统的三层共挤工艺中,在采用层间比例差较为明显的配方时,常会因相邻层的挤出量差异过大导致层间压力差过大,进而引发层间水波纹的产生。而五层共挤工艺由于其层间比例控制优势,各层挤出量的配比设计一般较为均衡,可以有效地避免上述现象

同时,五层共挤在工艺配方设计上,每个挤出机更趋于单一原材料的设计理念,可以有效改善因为原材料共混造成的晶点现象,薄膜外观质量明显提高。

POD工艺能有效降低薄膜厚度偏差,提高薄膜外观质量
使用五层POD共挤工艺,可大幅降低薄膜的厚薄偏差,提高薄膜外观质量

4.原材料可选择性更大,工艺控制更加便利

三层和五层共挤工艺相比,原材料的选择余地更大。三层共挤工艺很难实现HDPELDPEEVA等加工温度跨度很大的原材料,在五层POD共挤工艺中就可以轻松实现。功能性材料的叠加优势明显好于共混优势。原材料选用范围更大,共混容易产生制品缺陷的原材料都可以选用,各层中的功能设定时可以尽可能选用纯料,避免共混带了的缺陷,加工工艺控制也更为便捷。

POD工艺在包装膜应用中体现的优势

彩印复合PE基材包装作为共挤PE包装膜应用的一个重要领域,POD工艺在该领域的实际应用中,还有一些非常明显的独特优势。

1.复合、印刷和热封的安全性得到保障

爽滑剂、开口剂和色母料等无机低分子添加量,可以根据添加物的迁移速度,设计在次外层或次内层,可以有效避免复合、印刷面因低分子物质迁移过多,造成复合、印刷牢度的下降。色母料无需在热封层添加,热封的安全性得到有效保证。

2.轻松实现薄膜减薄、降成本

如前所述,在功能性材料的配比相同的前提下,使用五层共挤工艺,可使薄膜性能得到大幅提升,极大增加了薄膜的减薄潜力。同时,在POD工艺配方设计中,各层引入特定的功能性,结合丰富的层厚比组合从而提高配方设计的灵活性,减少共混以追求性能的最优化,并在生产过程中,对成本作进一步控制。如在五层共挤PE基材膜生产过程中,可在中间层加入HDPE、LDPE,无需使用过多的茂金属即可保证优异的薄膜机械性能和挺度,轻松降低生产原料成本。

PE包装收缩膜由于其轻量化、使用便利性以及展示效果优秀等特点,目前已在各种类型包装中被广泛采用。而在该领域的应用中,五层共挤工艺除了减薄降成本等共性优势外,在制品外观质量上的优势显得尤为突出。

1.优异的光学性能

众所周知,在收缩膜领域的应用中,使用三层共挤工艺生产的制品,拥有优秀的机械性能,但在最为直观的展示性能上,一直难以得到显著提升,而这个问题,通过五层共挤工艺便可轻松解决。五层共挤工艺的多挤出机优势,可使其在实际应用中,更好地结合原材料的特性进行单一原材料加工。从下图的数据展示中可以看到,几乎相同的配方设计,从三层调整为五层之后,光学性能得到了大幅度提升。

采用三层共挤和五层共挤的PE收缩包装膜性能对比
PE收缩包装膜性能对比(三层共挤薄膜 vs. 五层共挤薄膜)

2.终端制品的展示效果大幅提高

优秀的光学性能结合灵活的配方设计优势,使得五层共挤收缩膜不仅拥有更好的透明展示性,同时印刷性能也得到大幅提升,能够更好地适应高性能的多色印刷方案,通过夺人眼球的印刷效果提升在终端货架上的吸引力。

五层共挤工艺在其他功能性薄膜的应用领域同样有明显的优势体现,由于文章篇幅所限,在此不再一一展开。

针对POD工艺配套的其他优势配置

为了满足市场上高产低耗的需求,金明精机股份有限公司(以下简称”金明“)在POD生产设备上开发了多级双向冷却风环的工艺。在吹膜成型工艺中,风环的冷却是吹膜工艺中非常重要的一个控制环节,它对薄膜的产量、外观质量及物理性能都起到了决定性的作用。

金明为POD工艺开发的多风口高效双向冷却风环
金明自行研发的多风口高效双向冷却风环

在吹膜设备技术提升过程中,风环的结构也经历了从传统的单风口风环、双风口风环,精密型风环到自动风环的不断提升。金明自行研发的多风口高效双向冷却风环的特点在于出风口超过3个,各风口风量可根据工艺大小可调,并且风环可以沿模头的轴心进行垂直升降。由于多段出风,膜泡和空气接触的面积大,冷却时间长,效率高,同时膜泡经过预冷后熔体强度变强,上部风口的风量可以加大且不会造成膜泡的不稳定。

双向冷却风环运行原理示意图
双向冷却风环运行原理示意图

多风口高效双向冷却风环的主要优势:

1.产量大幅提升

多风口高效双向冷却风环,对比目前普遍采用的双风口风环(或自动风环),其冷却效率提高40%以上,可在挤出量得到保证的前提下,使整线产量提升40%~50%。

2.膜泡强度显著增强

由于膜泡出口模后,在未吹涨的状态下先由下风环进行预冷,膜泡来到上风环进行吹涨时,膜泡强度已经非常高,可以生产更高吹涨比的产品。此冷却工艺类似POF及HDPE高泡吹涨法。

3.制品精度控制更稳定

在控制吹涨冷却的上风环,我们可以继续采取自动风环技术,配合薄膜在线测厚系统,实现了自动薄膜厚薄控制。由于上风口远离高温模头,膜泡又有预冷处理,自动风环的控制的精度受外界干扰因素明显减少。控制稳定性好,效率高。

4.制品性能明显提升

改变传统的刚出口膜就吹涨的工艺,将膜泡进行预冷却后再吹涨,使高分子材料在半粘流状态下拉伸定型,做到更低的结晶度,薄膜透明度和机械性能明显提升。

5.超高的性价比

多风口高效逆流冷却风环制造成本只比传统风环增加40%,却能使整线的产能增加了40%~50%。仅从提升产能导致电费成本的下降,就可在6个月收回新增的成本。

小结

任何生产工艺技术的提升,它的原动力一定时来源于市场发展的需求,下游包装制品自动化程度越来越高,对包装膜的功能要求越来越多;环保对包装材料的轻量化要求;生产自动化程度及高产低耗的需求,都对功能性材料及适应的加工工艺提出了新的要求,POD非阻隔五层聚烯烃共挤成型工艺替代三层共挤势不可挡,而且目前已在不同的PE膜制造工艺中得到了充分的验证。

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