あ 多層シート押出ラインは 、今日市場にあるあらゆるハイバリア食品トレイ、医薬品ブリスターパック、熱成形容器の核となる生産システムです。 JWELL では、毎分 25 メートルを超えるライン速度での酸素の侵入、層間剥離、厚みの偏りを許容できない加工業者向けに、これらの共押出システムを 20 年かけて改良してきました。このガイドでは、押出機の配置から金型設計、材料科学、調達までのエンジニアリングを詳しく説明します。
多層シート押出ラインとは何ですか?
多層シート押出ラインは、2 つ以上の押出機を組み合わせて、それぞれが特定の機械的、光学的、またはバリア機能を果たす個別の層を備えた単一のシートを製造します。共押出により、高価な酸素バリアを中心に配置しながら、両面を構造スキンで保護できます。このラインには、押出機、フィードブロック、共押出ダイ、カレンダースタック、厚さ測定、エッジトリム、および巻き取りが含まれます。タイレイヤーとバリア樹脂の間のメルトインデクサーが一致しないと、シートが熱成形機内で分離します。 JWELL は、300 kg/h から最大 1,200 kg/h の出力でこれらのラインを構築します。決め手は層比率の制御です。
共押出アーキテクチャの仕組み
多層シート押出ラインのアーキテクチャは、溶融ストリームの収束と粘度のマッチングを中心に展開します。各押出機は、割り当てられた樹脂を溶融して計量します。これらの溶融物は加熱されたパイプを通って中央のフィードブロックに移動し、そこでダイに入る前に垂直に積み重ねられます。
本当の課題は界面の安定性です。 2 つのポリマー溶融物が接触すると、低粘度の材料が高粘度の材料をカプセル化しようとします。 3 層 A/B/A 構造では、スキン層 PP の粘度がコアに対して低すぎる場合、スキンがエッジを包み込み、断面に「ドッグボーン」が発生します。
ライン制御システムは各押出機のメルトポンプを使用してサージングを排除します。 JWELL では、EVOH 層の 2% のサージでもバリア ギャップが生じ、リール全体が破損する可能性があるため、ギア ポンプと閉ループ圧力フィードバックを統合しています。このレベルの制御により、共押出シート機械を、同じフロアを共有する 3 台のスタンドアロン押出機から切り離すことができます。
バリア層および結合層エンジニアリング
ほとんどの購入者が多層シート押出ラインに投資する理由は、バリア層にあります。食品包装では、酸素透過率 (OTR) が賞味期限を左右します。単層 PP シートは 1,500 cc/m²/日を透過する可能性があります。 20 マイクロメートルの EVOH コアを追加すると、1 cc/m²/日を下回ります。それが、7 日用のカップヨーグルトと 45 日用のヨーグルトの違いです。
しかしEVOHはポリオレフィンには接着しません。吸湿性があり、脆く、熱に敏感です。タイレイヤーなしで 2 枚の PP スキンの間に挟むと、シートは熱成形で失敗します。
そこでタイ層が登場します。タイレジンは、極性バリア材料を非極性構造層に接着するように設計された無水マレイン酸グラフト接着剤です。一般的な 5 層 A/B/C/B/A シートには、PP スキン、タイ接着剤、EVOH バリア、タイ接着剤、PP スキンがあります。通常、結合層は全体の厚さの 5% ～ 10% にすぎませんが、結合層がないと、プラグアシスト熱成形機に当たった瞬間にシートが剥離してしまいます。ほとんどの PP/EVOH の組み合わせでは、片側あたり 8% ～ 12% のタイ比が機能することがわかりました。
フィードブロックと共押出ダイの設計
フィードブロックはトラフィック コントローラーです。その内部フロー チャネルは、各溶融ストリームをきれいで平行な界面を持つ均一な層に分配する必要があります。 JWELL は、交換可能なインサートを備えたモジュール式フィードブロックを使用しており、ブロック全体を交換することなくプロセッサーを 3 層構成から 5 層構成に切り替えることができます。
フィードブロック内では、ベーンが最終合流点まで溶融ストリームを分離します。マージが発生するダイの入口に近づくほど、溶融物が相互拡散するのに必要な時間は短くなります。バリア用途では、EVOH などの敏感な樹脂の熱劣化を最小限に抑えるために、マージ後の滞留時間が短くなるように設計しています。
共押出ダイ自体は、層状の溶融物をシート幅全体に広げるコートハンガーマニホールドです。ダイリップギャップの調整は重要です。 1,200 mm のダイ全体での 0.05 mm のばらつきでさえ、下流の測定では完全には補正できない厚さの偏差に変換されます。 JWELL ダイは、プロファイル スキャナーに関連付けられた自動サーマル ボルト作動を特徴としています。
ダイランドの長さも層の完全性に影響します。短すぎると、溶融物は終了する前に緩和されません。時間がかかりすぎると、せん断加熱により EVOH が劣化の閾値を超えてしまいます。当社の標準は、PP ベースの多層構造のランド対ギャップ比 50:1 ですが、温度に敏感なバリア用に下方調整されています。
5層シート押出機の構成
プロセッサーが 3 つのレイヤーを超えて移行する場合、積極的なバリア要件やコンテンツのリサイクルをターゲットとしています。あ 5 層シート押出機は 複雑性を高めますが、3 層システムでは実現できない可能性を広げます。
乳製品および改質雰囲気包装の古典的な 5 層構造は、PP/ネクタイ/EVOH/ネクタイ/PP です。また、深絞り肉トレイ用の 6 層バージョンもあり、ナイロンによって耐突き刺し性が強化されています。一部のプロセッサーは、コアにリグラインド層があり、その両側にバージンスキン層とタイ層があり、さらに薄い EVOH バリアがあり、A/B/C/B/A を実行します。これにより、製品接触面にリサイクル材料を露出させることなく、エッジトリムを消費することができます。
機械の観点から見ると、5 層ラインには 5 台の押出機が必要で、1 台の押出機がスプリット ストリームを通じて両方の結合層に対応する場合は 4 台必要になります。クリーンアップが迅速になり、相互汚染が回避されるため、各樹脂に専用の押出機を使用することをお勧めします。この層数では、すべての押出機のギア ポンプは交渉の余地がありません。カレンダーロールの温度ゾーニングも重要です。薄いバリアコアを備えた 5 層シートは不均一に冷却され、内部応力とカールが発生します。熱プロファイルのバランスをとるために、ロール温度の差を指定し、場合によっては赤外線による予冷を指定します。
バリアシート押出機の用途
バリアシート押出機は、保存期間と製品保護がプレミアム価格を要求する市場にサービスを提供します。乳製品用カップ、肉用トレイ、マーガリン容器、インスタントミールベースなど、食品包装が主流です。シートは、酸素を遮断し、水分を保持し、グリースに耐性があり、白いストレス マークやバリアの破損なしに激しい熱成形に耐える必要があります。
医薬品ブリスターパックも、一か八かの用途です。 APET/EVOH または PVC/PVDC 構造を製造する多層シート押出ラインは、検証されたプロセス パラメーターを備えたクリーンルームに隣接した条件で稼働する必要があります。 EVOH にピンホールがあると、バッチのリスクになります。
工業用および化粧品への用途が拡大しています。燃料タンクには、ブロー成形部品の軽量代替品として多層共押出シートが使用されています。バリア層が炭化水素の浸透を防ぎ、構造スキンが衝撃に対処します。クリームジャーとセラムトレイには、有効成分を保存するための酸素バリアと、単層 PP では実現できない光沢のある美しさが必要です。 PETGスキンとEVOHコアを備えた共押出シートは両方を実現します。
材質選択：PP/PSからEVOHまで
多層シート押出ライン用の樹脂の選択は、バリア性能、加工性、コストの間の交渉となります。ポリプロピレンは依然として構造層の主力製品です。安価で丈夫で、熱成形も良好です。しかし、PP は酸素バリア性が低いため、敏感な製品の場合はコアに EVOH または PVDC が必要です。
ポリスチレン、特に耐衝撃性グレードは、剛性と印刷適性のため、今でも乳製品やデリの容器に使用されています。 HIPS/EVOH/HIPSはヨーグルトの蓋として一般的な3層構造です。 PS は PP よりも低温での加工が容易であるため、バリア層が熱に弱い場合に役立ちます。
EVOH は酸素バリアのゴールドスタンダードです。クラレエバールと日本合成ソアノールが主なサプライヤーです。問題は湿気に敏感であることです。相対湿度 0% の乾燥 EVOH の OTR は 0.5 cc・mm/m²・day・atm 未満です。湿度が 85% になると、この値は 1 桁も跳ね上がります。そのため、EVOHは常に湿気に強い皮膜の中に埋もれています。高湿度の市場では、EVOH インナーコアを備えた PA6 外皮を指定したり、熱成形前にシートを調整された環境で保管するよう加工業者にアドバイスしたりすることがあります。
タイレジンは、隣接する層の極性と一致する必要があります。 PP/EVOH の場合は、無水マレイン酸グラフト PP が機能します。 PET/EVOH の場合は、異なる化学反応 (多くの場合、エポキシ官能基を備えたエチレンベース) が必要です。間違ったタイレジンを使用することは、間違った溶接棒を使用するようなものです。応力が加わるまでは、接合部は正常に見えます。
リサイクルされたコンテンツは、ブランド所有者によって指定されることが増えています。エッジトリムからの工業化後の再研磨は、非接触層に再導入するのが簡単です。使用後の再生樹脂は、汚染やIV劣化が結合層の接着に影響を与えるため、より硬くなっています。私たちはプロセッサーと協力して PCR ストリームを認定し、美しさがあまり重要でないコア層にそれらを配置します。
共押出シート機械を購入する際に何を評価すべきか
共押出シート機械を購入すると、プラントは 15 年以上プロセスウィンドウに閉じ込められることになります。メートルあたりの価格は間違った指標です。総所有コスト、層制御の精度、樹脂の組み合わせに関するサプライヤーの経験を検討してください。
まずは層比率の精度から始めます。実稼働全体にわたる文書化された偏差データを要求します。優れたシステムでは、各層が目標厚さの ±3% 以内に保持されます。フィードブロックを調べてください。モジュール式ですか?ブロック全体を取り外さなくても、洗浄のためにフローベーンにアクセスできますか? EVOH とタイレジンは停滞したコーナーで劣化します。デッドスポットのあるフィードブロックはメンテナンスにとって悪夢です。
金型の設計も同様に重要です。リップ調整方法、サーマルボルトの応答時間、およびニーズに応じた最大動作幅についてお問い合わせください。 1,000 mm のダイを購入し、後で 1,400 mm に拡張する予定がある場合は、まったく新しいダイとカレンダー スタックが必要になる場合があります。
カレンダーのスタックを見落とさないでください。ロールの直径、材質、温度制御により、表面の光沢と厚みの均一性が決まります。バリアシートの場合は、±1℃までの個別ゾーン制御が可能なクロムメッキロールを推奨します。ニップギャップが最終的なシートゲージを決定するため、上部の 2 つのロール間のギャップはマイクロメートルの精度で調整できる必要があります。
最後に、トレーニングと文書化を強く求めます。多層シート押出ラインの良さは、それを操作するオペレーターによって決まります。 JWELL には、スタートアップの監督、レシピ開発、オペレーターの認定が含まれています。これは、作業員がメルト ポンプの設定値に対して押出機の出力のバランスをとることを学ばなかったために、あまりにも多くのラインがパフォーマンスを下回っているのを私たちが見てきたためです。
よくある質問
多層シートにおけるEVOHの最小層の厚さはどれくらいですか?
ほとんどの食品包装では、15 ～ 25 マイクロメートルが適切な酸素バリアを提供します。シンナーを使用すると、熱成形中にピンホールが発生する危険があります。 EVOH は湿気に敏感であるため、40 マイクロメートルを超えるとバリアが比例して向上することはほとんどありません。
リサイクル材料を使用した多層ラインを実行できますか?
はい、しかし配置は重要です。工業後のリグラインドは、バージンスキンとバリア層によって製品との接触から分離された、中央の構造層に入れることができます。使用済み樹脂には慎重な認定が必要です。
フィードブロックはマルチマニホールドダイとどう違うのですか?
フィードブロックは、シングルマニホールド ダイに入る前に、溶融ストリームを層状スタックに統合します。マルチマニホールド ダイには、ダイ リップでのみ合流する個別のチャネルがあります。フィードブロックはよりシンプルで安価です。ほとんどの PP/EVOH シートでは、フィードブロックが正しい選択です。
共押出シートの層間剥離の原因は何ですか?
不適合なタイレジン、不十分なタイ層の厚さ、または熱成形中の過剰なせん断応力。タイレイヤーが正しくても失敗する場合は、成形前にシートの温度を確認してください。
一般的な多層シート押出ラインの寿命はどれくらいですか?
適切なメンテナンスを行えば、機械構造は 20 ～ 25 年間持続します。押出機のバレルとスクリューはより早く摩耗し、通常は 10 ～ 15 年かかります。 JWELL はアップグレード可能な PLC アーキテクチャを使用しています。ミネラル充填 PP を使用している場合は、8 ～ 10 年ごとにスクリューの改修を計画してください。
