Extruzní vyfukování polyetylenové fólie

 

Polyetylenová (PE) fólie je nejrozšířenější a nejrozšířenější variantou plastové fólie. Je netoxický a bez zápachu, vyznačuje se vysokou pevností a houževnatostí spolu s vynikající odolností proti vlhkosti a vodě, dobrou otevíratelností (antiblokovací) a nízkými teplotami při zachování určité úrovně průhlednosti. Jeho tepelná svařitelnost je vynikající, s relativně nízkou svařovací teplotou asi 100 stupňů, což umožňuje pohodlné zhotovení sáčku elektrickým ohřevem. PE fólie se vyrábí přímo vytlačováním vyfukováním z pelet polyetylenové pryskyřice a obecně nevyžaduje žádné přísady; zbarvení lze dosáhnout začleněním předsměsi. Polyethylenové pryskyřice pro vyfukované fólie zahrnují nízkohustotní polyethylen (LDPE), lineární nízkohustotní polyethylen (LLDPE) a vysokohustotní polyethylen (HDPE).

 

1) Zemědělský skleníkový film

Zemědělská skleníková fólie je fólie o velké šířce vyfukovaná z LDPE nebo směsí LDPE s LLDPE, obvykle procesem vyfukování fólie směrem nahoru s plochým a plochým odběrem. Layflat šířka pokrývá široký rozsah (menší nebo rovna 1000 mm nebo větší nebo rovna 5000 mm). Typická tloušťka je 0,03–0,14 mm, pevnost v tahu větší nebo rovna 12 MPa a prodloužení při přetržení větší nebo rovné 300 %. Tyto fólie jsou odolné proti dešti, propouštějí světlo a zadržují teplo a umožňují celoroční pěstování zeleniny a ovoce ve skleníkových konstrukcích. Podle agronomických požadavků patří mezi hlavní funkční podtypy:

• Vyztužený skleníkový film: Připravuje se přidáním více než 25 % hmotn. LLDPE do LDPE. Pevnost v tahu lze zvýšit na přibližně 20 MPa a prodloužení při přetržení větší nebo rovné 400 %. Pokud je fólie vyfukována výhradně z LLDPE, pevnost se dále zvýší, se zlepšenou odolností proti propíchnutí a hladším povrchem; tloušťku filmu lze snížit asi o 20–30 %.

• Dlouhodobá skleníková fólie: Běžná skleníková fólie obvykle vydrží 0,5–1 rok. Třídy s dlouhou životností prodlužují životnost minimálně dvojnásobně na 2–3 roky. Ty se získají přidáním 0,3–0,5 hmotnostních dílů stabilizátoru světla a 0,1–0,3 dílů antioxidantu k LDPE; povrch LDPE se nejprve navlhčí bílým olejem, poté se promíchá a vyfouká do filmu.

• Skleníková fólie proti odkapávání: Navržena tak, aby se na povrchu fólie netvořila mlha ani kapky, čímž se zlepšuje propustnost světla a podporuje růst plodin. Přidáním vhodné povrchově aktivní látky nebo předsměsi proti odkapávání se zvyšuje afinita filmu k vodě. Četné malé kapičky se slučují do větších, které stékají podél stěny fólie na zem, čímž se eliminuje vnitřní zamlžování, zlepšuje se průhlednost a kapičky se zabraňují padání přímo na plodiny.

2) Zemědělská mulčovací fólie

Zemědělská mulčovací fólie označuje půdopokryvnou fólii. Jedná se o velmi tenkou LDPE fólii vyrobenou vyfukováním o tloušťce 0,008–0,014 mm a šířce 600–1000 mm. Transparentní, bezbarvý mulč se používá hlavně jako film pro pěstování sazenic a pro pokrytí plodin k podpoře rané zralosti, zvýšení výnosů a kontrole škůdců; obvykle se vyrábí metodou nahoru vyfukované fólie. Funkční mulčovací fólie se vyrábí začleněním 3–5 % hmotn. barviv do PE, čímž se získá červená, žlutá, modrá, šedá, černá a další barvy. Různé plodiny tak dostávají specifická spektrální pásma, která potřebují, dosahují dřívější zralosti a vyššího výnosu, potlačení škůdců a inhibice plevele.

3) Balicí fólie

PE obalová fólie se dělí na lehké a těžké typy.

• Lehká obalová fólie: Vyrábí se z LDPE a používá se hlavně k balení potravin, pečiva, cukrovinek, zeleniny, ovoce, léčiv, textilu, předmětů denní potřeby, oděvů a podobných produktů. Aby vyhovovaly automatizovaným balicím linkám, obvykle se přidávají malá množství kluzných činidel nebo antistatických činidel. Výroba nejčastěji používá proces foukání vzhůru nebo ploché foukání. Layflat šířka pokrývá široký rozsah (menší nebo rovna 70 mm nebo větší nebo rovna 1000 mm). Tloušťka je 0,02–0,20 mm a pevnost v tahu větší nebo rovna 10 MPa.

• HDPE tašky na trička (nákupní) a tašky na oděvy: Široce používané a převážně vyráběné procesem foukání nahoru. Šířka pokládky je 70–1000 mm, tloušťka 0,007–0,10 mm a pevnost v tahu větší nebo rovna 25 MPa.

• Balicí fólie pro velké zatížení: Vyrobena procesem vyfukování směrem vzhůru z vysokomolekulárního LDPE. Typická tloušťka je 0,2–0,35 mm, přičemž každý sáček pojme 20–30 kg obsahu. Aplikace zahrnují balení zemědělských produktů, chemických surovin, hnojiv, pesticidů, potravin, cukru, soli, léčiv a textilu.

LDPE pryskyřice pro vyfukované fólie vykazují relativně široký rozsah rychlosti toku taveniny (MFR) 0,5–7 g/10 min a vybírají se podle zamýšleného použití fólie (viz tabulka 1‑1). LLDPE pryskyřice pro vyfukované fólie mají typicky MFR 1–2 g/10 min. Vyfukované fólie z HDPE mají MFR 0,2–1 g/10 min. HDPE má vyšší teplotu tání a v rozsahu změn smykové rychlosti vysokou viskozitu; díky své lineární molekulární struktuře vykazuje silnou orientaci indukovanou prouděním.

Tabulka 1‑1 Výběr LDPE pryskyřic pro jakost filmu

Filmová třída	Pryskyřice MFR (g/10 min)
Lehká balicí fólie	2–4
Vysoce transparentní fólie	5–7
Zemědělská mulčovací fólie	4–7
Skleníkový film	1.5–4.5
Tepelně smrštitelná fólie	2–5
Balicí fólie pro velké zatížení	0.25–0.5

 

 

1) Extrudér

Konvenční LDPE fólie s šířkou položenou větší nebo rovnou 300 mm se typicky vyrábí procesem vyfukování fólie směrem nahoru s plochým odebíráním. Doporučený průměr šroubu se pohybuje od 45 do 150 mm. Pro plošné šířky větší než 1 m je možné použít dva jednošnekové extrudéry pro koextruzi široké fólie. Šroub L/D je 20–30 s kompresním poměrem 3–3,5 a upřednostňuje se progresivní šroub (s kuželovým kanálem).

Pro HDPE fólii jsou vhodné extrudéry menších rozměrů, se šnekem L/D 16–25. Šnekové konstrukce typicky zahrnují vyhrazenou střižnou sekci a směšovací sekci.

2) Die Head

LDPE fólie běžně používá prstencové matrice se spirálovým trnem nebo pavoukem s průměry matrice 100–1000 mm. Pokud je požadována vynikající rovnoměrnost tloušťky, doporučuje se rotační matrice. Používají se procesy foukání směrem vzhůru i ploché.

HDPE fólie obvykle používá matrici se spirálovým jádrem. Při návrhu průtokového kanálu, spirálové geometrii a rozměrech břitu je třeba dbát na to, aby nedocházelo k nadměrným smykovým rychlostem, které mohou způsobit lom taveniny. Kvůli těmto tvarovacím charakteristikám jsou matrice z HDPE fólie relativně malé, obecně mají průměr 30–200 mm.

3) Chlazení

Používá se převážně vzduchové chlazení. Typický tlak dmychadla je 4000–8000 Pa s průtokem vzduchu 15–75 m³/min.

 

1) Teplota vytlačování

Teplota vytlačování je určena především rychlostí toku taveniny PE pryskyřice-čím vyšší MFR, tím nižší je požadovaná teplota. Od vstupního otvoru k sítovému bloku (přerušovací desce) se teploty válce progresivně zvyšují tak, aby teplota závitořezné hlavy byla přibližně stejná nebo o 10–20 stupňů nižší než teplota na špičce šroubu. To podporuje stabilní tlustou baňku a lepší průhlednost filmu. Typické teploty vytlačování pro PE fólie jsou uvedeny v tabulce 2‑1.

Tabulka 2‑1 Teploty vytlačování pro polyetylenové fólie (stupně)

Filmová třída	Sudová zóna 1	Sudová zóna 2	Sudová zóna 3	Adaptér	Zemřít
LDPE – Lehká obalová fólie	120–140	130–140	140–160	150–160	160–170
LDPE – skleníkový film	150–170	160–180	170–180	180–190	170–180
LDPE – obalová fólie pro velké zatížení	180–200	170–180	180–190	190–200	180–190
LLDPE fólie	160–180	180–200	200–220	200–220	220–230
HDPE fólie	200–220	220–240	240–260	250–260	240–250

2) Die Gap

Mezera zápustky se liší podle typu pryskyřice; reprezentativní rozsahy jsou uvedeny v tabulce 2‑2. Jak se MFR pryskyřice zvyšuje, volí se menší mezera matrice; jak se cílová tloušťka filmu zvyšuje, používá se větší mezera. Například pro LDPE vysoce namáhanou fólii (nižší MFR a silnější tloušťka) je zvolena mezera mezi matricí asi 1,0 mm; pro LDPE lehkou fólii (vyšší MFR a tenčí tloušťka) je mezera matrice typicky 0,5–0,6 mm. Protože viskozita taveniny LLDPE je vyšší a relativně necitlivá na změny smykové rychlosti, jeho vytlačovací teplota je vyšší a mezera v průtlačnici je podstatně větší než u LDPE; jinak se může objevit drsný povrch "žraločí kůže". Pryskyřice vyfukované fólie z HDPE mají relativně nízkou MFR, takže mezera v matrici je obecně o něco větší než u LDPE.

Tabulka 2‑2 Typické rozsahy mezery mezi okrajem (mm)

Typ filmu	Mezera matrice (mm)
LDPE	0.5–1.0
LLDPE	1.5–2.5
HDPE	1.2–1.5

3) Blow-Up Ratio (BUR)

Po výstupu z prstencového průvlaku se tlustý předlisek nafoukne stlačeným vzduchem, čímž se zvětší jeho průměr, zmenší se jeho tloušťka a dojde k příčnému tažení. Typický poměr nafouknutí je 2–5. Pokud je BUR příliš vysoký, bublina se bude třepetat, tvar bubliny se stane nestabilním, rovnoměrnost tloušťky se zhorší a film je náchylný k prasknutí. Jak se BUR zvyšuje, zvyšuje se pevnost fólie v příčném tahu, odolnost proti roztržení a rázová houževnatost, ale klesá průhlednost a lesk a pevnost v podélném tahu má tendenci klesat. Reprezentativní BUR pro PE fólie jsou uvedeny v tabulce 2‑3.

Tabulka 2‑3 Reprezentativní poměry nafouknutí pro PE fólie

Typ filmu	Typický BUR
LDPE	1.5–3.5
LLDPE	1.5–2.0
HDPE	3.2–6.0

4) Poměr kreslení (směr stroje)

Poté, co předlisek opustí matrici, je veden k odtahovacím (nip) válcům a podroben podélnému tažení. Rychlost odtahové linky je obecně 3–5krát vyšší než rychlost vytlačování taveniny (výstupní) rychlost, což přináší 3–5× protažení ve směru stroje a výrazné zvýšení pevnosti v podélném tahu. To přináší výhody aplikacím vaků, kde převládá podélné zatížení.