Выдувной метод или литье при производстве пакетов ПВД: полное сравнение технологий

Производство пакетов ПВД (полиэтилена высокого давления) – сложный технологический процесс, где от выбора метода формования зависит не только качество упаковки, но и ее эксплуатационные характеристики. Сегодня для производства пакетов используются два способа: выдув и литье. Понимание их различий важно для оптимизации качества продукции.

Физические основы процессов формования

Прежде чем углубиться в технические детали, важно понять физическую природу обоих процессов. При нагреве до +180–220°C полимерные цепочки ПВД становятся подвижными. Это обеспечивает текучесть материала, позволяет ему принимать различные формы.

Выдувной метод: создание пленки через раздув

Выдувной метод, или экструзию с раздувом, можно сравнить с процессом выдувания стеклянной бутылки или надувания воздушного шара. Расплавленный полиэтилен выдавливается через специальную кольцевую головку экструдера. В результате образуется сплошная полая труба-рукав. Он раздувается изнутри сжатым воздухом, в несколько раз увеличивается в диаметре.

Полимерный рукав растягивается одновременно в двух направлениях: вдоль оси движения (продольное растяжение) и в радиальном направлении (поперечное растяжение при раздуве). Этот процесс называется двухосной ориентацией.

Молекулярные изменения

При растяжении полимерного рукава в двух направлениях происходят изменения на молекулярном уровне. Длинные цепочки полиэтилена, которые в расплавленном состоянии хаотически переплетены, начинают выстраиваться и ориентироваться вдоль направлений растяжения. Это похоже на то, как спутанные нити распрямляются, когда их растягивают в разные стороны.

Такая двухосная ориентация создает внутреннюю структуру материала. В ней молекулярные цепи образуют своеобразную сетку, которая армирует пленку изнутри. Поэтому упаковка, изготовленная выдувным методом, отличается высокой прочностью в продольном и в поперечном направлении.

Технологические параметры процесса

Контроль процесса раздува требует точной настройки множества параметров. Степень раздува, то есть отношение диаметра готового рукава к диаметру головки экструдера, обычно составляет от 2:1 до 4:1. Чем больше степень раздува, тем выше поперечная ориентация молекул и прочность пленки в этом направлении.

Скорость охлаждения также играет важную роль. Слишком быстрое снижение температуры может привести к неравномерному распределению напряжений, а слишком медленное снижает производительность, приводит к деформации рукава под собственным весом.

Метод литья: формование через щелевую экструзию

Литьевой метод, или плоскощелевая экструзия, отличается от производства пакетов ПВД с помощью выдува. Здесь расплавленный полиэтилен выдавливается через широкую плоскую щель. Ее ширина может достигать нескольких метров. Этот процесс напоминает раскатывание теста скалкой или пропускание материала через мясорубку с плоской насадкой.

Выходящий из головки экструдера лист полимера сразу прижимается к системе охлаждающих валов. Они поддерживают температуру значительно ниже точки плавления полиэтилена, быстро отводят тепло и фиксируют форму пленки.

Одноосная ориентация молекул

В отличие от выдувного метода, при литьевой экструзии растяжение материала происходит преимущественно в одном направлении – вдоль движения пленки. Молекулярные цепи ориентируются преимущественно в продольном направлении, создают анизотропную структуру материала.

Это означает, что у литьевой пленки будут разные механические свойства в продольном и поперечном направлениях. В направлении экструзии она будет более прочной, а в поперечном – менее устойчивой к разрыву.

Контроль толщины и качества поверхности

Одно из главных преимуществ литьевого метода – возможность точного контроля толщины пленки по всей ширине. Профиль щели экструзионной головки можно регулировать с высокой точностью. Это компенсирует неравномерности течения расплава и обеспечивает одинаковую толщину готового продукта.

Контакт с полированной поверхностью охлаждающих валов обеспечивает высокое качество поверхности пленки. Это особенно важно, если к внешнему виду упаковки, ее барьерным свойствам предъявляются повышенные требования.

Сравнительный анализ механических свойств пакетов, изготовленных разными методами

Различия в способе формования приводят к тому, что у пакетов разные механические свойства. У выдувной пленки из-за двухосной ориентации более сбалансированные прочностные характеристики. Ее устойчивость к нагрузке на разрыв в продольном и поперечном направлении различается незначительно. Это делает пакеты более устойчивыми к различным видам механических воздействий.

Литьевая пленка отличается выраженной анизотропией свойств. В направлении экструзии она может быть прочнее выдувной, но в поперечном направлении заметно уступает по этому параметру. Это нужно учитывать при выборе ориентации пакета относительно направления основных нагрузок.

Устойчивость к проколу

Двухосная ориентация выдувной пленки создает более эффективное сопротивление локальным нагрузкам. При возникновении небольшого прокола или надреза распространение трещины сдерживается перекрестно ориентированными молекулярными цепями. Это особенно важно для пакетов, предназначенных для упаковки товаров с острыми краями или шероховатой поверхностью.

Литьевая пленка менее устойчива к распространению разрывов в поперечном направлении. Это может ограничивать область ее применения. Чтобы избежать необоснованных затрат, нужно учитывать устойчивость пакетов к проколам, другие их характеристики.