А Лінія екструзії багатошарових листів є основною виробничою системою, що стоїть за кожним лотком для харчових продуктів з високим бар’єром, фармацевтичною блістерною упаковкою та термоформованим контейнером на сучасному ринку. У JWELL ми витратили два десятиліття на вдосконалення цих систем спільної екструзії для процесорів, які не можуть дозволити собі проникнення кисню, розшарування або відхилення товщини при швидкості лінії понад 25 метрів за хвилину. Цей посібник розбиває інженерні розробки від компонування екструдера до проектування матриці, матеріалознавства та закупівлі.
Що таке лінія для екструзії багатошарового листа?
Лінія екструзії багатошарових листів об’єднує два або більше екструдерів для виробництва одного листа з окремими шарами, кожен з яких виконує певну механічну, оптичну або бар’єрну функцію. Коекструзія дозволяє розмістити дорогий кисневий бар’єр у центрі, захищаючи його структурними оболонками з обох сторін. Лінія включає екструдери, живильний блок, коекструзійну головку, каландровий стек, товщиномір, обрізку країв і намотування. Невідповідність індексу розплаву між зв’язуючим шаром і бар’єрною смолою, і ваш аркуш роз’єднається в термоформовці. JWELL створює ці лінії з продуктивністю від 300 кг/год до 1200 кг/год. Вирішальним фактором є контроль співвідношення шарів.
Як працює коекструзійна архітектура
Архітектура лінії екструзії багатошарового листа обертається навколо конвергенції потоку розплаву та узгодження в’язкості. Кожен екструдер плавить і дозує призначену йому смолу. Ці розплави проходять через нагріті труби до центрального живильного блоку, де вони складаються вертикально перед тим, як потрапити в матрицю.
Справжньою проблемою є міжфазна стабільність. Коли два розплави полімеру зустрічаються, матеріал з меншою в’язкістю хоче інкапсулювати матеріал з більшою в’язкістю. У тришаровій структурі A/B/A, якщо ваш шкірний шар PP має занадто низьку в’язкість порівняно з вашим ядром, шкіра загортається навколо країв, створюючи «собачі кістки» в поперечному перерізі.
Системи керування лініями використовують насоси для розплаву на кожному екструдері, щоб усунути пульсацію. У JWELL ми інтегруємо зубчасті насоси із замкнутим зворотним зв’язком тиску, тому що навіть 2% стрибок у вашому шарі EVOH може створити бар’єрну щілину, яка зруйнує всю котушку. Цей рівень контролю відокремлює коекструзійну листову машину від трьох автономних екструдерів, які працюють на одному поверсі.
Розробка бар’єрного та зв’язувального шарів
Завдяки бар’єрному шару більшість покупців інвестують у лінію екструзії багатошарового листу. У харчовій упаковці швидкість пропускання кисню (OTR) визначає термін зберігання. Одношаровий поліпропіленовий лист може пропускати 1500 куб.см/м²/день. Додайте 20-мікрометрове ядро EVOH, і ви впадете нижче 1 куб.см/м²/день. Це різниця між семиденною чашкою йогурту та сорокап’ятиденною.
Але EVOH не прилипає до поліолефінів. Він гігроскопічний, крихкий і термочутливий. Помістіть його між двома поліпропіленовими оболонками без зв’язувального шару, і лист розвалиться в термоформовці.
Ось тут і з’являється зв’язувальний шар. Зв’язувальні смоли — це адгезиви з щепленим малеїновим ангідридом, розроблені для з’єднання полярних бар’єрних матеріалів із неполярними структурними шарами. У типовому п’ятишаровому аркуші A/B/C/B/A у вас є поліпропіленова оболонка, стяжний клей, бар’єр EVOH, стяжний клей, поліпропіленова оболонка. Зазвичай товщина зв’язувального шару становить лише 5–10% від загальної товщини, але без нього ваш лист розшаровується, коли він потрапляє на термоформувальну машину. Ми знаходимо від 8% до 12% співвідношення сторін на роботу для більшості комбінацій PP/EVOH.
Конструкція фідблока та коекструзії
Фідблок - це контролер руху. Його внутрішні канали потоку повинні розподіляти кожен потік розплаву в однорідний шар із чистими паралельними поверхнями розділу. JWELL використовує модульні блоки живлення зі змінними вставками, що дозволяє процесорам переходити з тришарової на п’ятишарову конфігурацію без заміни всього блоку.
Усередині живильного блоку лопаті розділяють потоки розплаву до кінцевої точки злиття. Чим ближче до входу в фільєру відбувається злиття, тим менше часу розплавів потрібно для дифузії. Для бар’єрних застосувань ми розробляємо короткий час перебування після злиття, щоб мінімізувати термічну деградацію чутливих смол, таких як EVOH.
Сама коекструзійна головка — це колектор для вішалок, який розподіляє шаруватий розплав по всій ширині листа. Регулювання зазору між губами є критичним. Навіть коливання на 0,05 мм у матриці діаметром 1200 мм призводить до відхилення в товщині, яке не може повністю виправити вимірювальний прилад. Матриці JWELL оснащені автоматичним термозатвором, пов’язаним зі сканерами профілів.
Довжина поля також впливає на цілісність шару. Занадто короткий, і розплав не розслабляється перед виходом. Занадто довго, і зсувне нагрівання штовхає EVOH за поріг деградації. Наш стандарт становить 50:1 співвідношення площі до зазору для багатошарових структур на основі поліпропілену з поправкою в бік зменшення для бар’єрів, чутливих до температури.
Конфігурації машини для екструзії п’яти шарів листів
Коли процесори виходять за рамки трьох рівнів, вони націлені на жорсткі вимоги до бар’єрів або переробку вмісту. А П'ятишарова машина для екструзії аркушів додає складності, але відкриває можливості, недоступні тришаровим системам.
Класична п’ятишарова структура для упаковки для молочних продуктів і модифікованої атмосфери – PP/tie/EVOH/tie/PP. Ми також бачимо шестишарові варіанти для лотків для м’яса глибокої витяжки, де нейлон додає стійкість до проколів. Деякі процесори працюють на основі A/B/C/B/A із шаром повторного подрібнення в ядрі, оточеним незайманою шкірою та зв’язуючими шарами, а також тонким бар’єром EVOH. Це дає їм змогу використовувати обробку країв, не піддаючи перероблений матеріал контактній поверхні продукту.
З точки зору техніки, п’ятишарова лінія потребує п’яти екструдерів або чотирьох, якщо один обслуговує обидва сполучні шари через розділений потік. Ми рекомендуємо спеціальні екструдери для кожної смоли, оскільки очищення відбувається швидше, і ви уникаєте перехресного забруднення. Зубчасті насоси на кожному екструдері не підлягають обговоренню при цій кількості шарів. Зонування температури каландрового валика також має значення; п'ятишарові листи з тонкими бар'єрними сердечниками охолоджуються нерівномірно, створюючи внутрішню напругу та скручування. Ми вказуємо диференціальну температуру рулонів і іноді інфрачервоне попереднє охолодження, щоб збалансувати профіль тепла.
Застосування машини для екструзії бар’єрних листів
Машини для екструзії бар’єрних листів обслуговують ринки, де термін придатності та захист продукту мають високі ціни. Переважає харчова упаковка: молочні стакани, м'ясні лотки, маргаринові ванни, основи для готових страв. Лист повинен блокувати кисень, утримувати вологу, бути стійким до жиру та витримувати агресивне термоформування без білих слідів стресу чи порушення бар’єру.
Фармацевтичні блістерні упаковки – це ще одне застосування з великими ставками. Лінія екструзії багатошарових листів, що виробляє структури APET/EVOH або PVC/PVDC, повинна працювати в умовах, суміжних із чистими приміщеннями, із підтвердженими параметрами процесу. Будь-яка дірка в EVOH є ризиком партії.
Промислові та косметичні застосування зростають. У паливних баках використовується багатошаровий коекструдований лист як легша альтернатива деталям, виготовленим роздуванням; бар'єрний шар запобігає проникненню вуглеводнів, а структурна оболонка витримує удари. Банки з кремом і лотки для сироватки потребують кисневого бар’єру для збереження активних інгредієнтів, а також глянсової естетики, якої не може досягти одношаровий ПП. Коекструдований лист зі шкірою PETG і серцевиною EVOH забезпечує обидва варіанти.
Вибір матеріалу: від PP/PS до EVOH
Вибір смол для лінії екструзії багатошарових листів — це переговор між характеристиками бар’єру, технологічністю та вартістю. Поліпропілен залишається робочою конячкою для структурних шарів. Він дешевий, міцний і добре термоформується. Але PP має поганий кисневий бар'єр, тому для чутливих продуктів йому потрібен EVOH або PVDC в ядрі.
Полістирол, особливо ударостійкі марки, все ще з’являється в контейнерах для молочних продуктів і гастрономів через жорсткість і можливість друку. HIPS/EVOH/HIPS — звичайна тришарова структура кришок для йогурту. PS легше обробляти, ніж PP, за нижчих температур, що допомагає, якщо ваш бар’єрний шар термічно делікатний.
EVOH є золотим стандартом для кисневого бар’єру. Kuraray EVAL і Nippon Gohsei Soarnol є основними постачальниками. Заковика в чутливості до вологи. Сухий EVOH при відносній вологості 0% має OTR нижче 0,5 куб.см·мм/м²·день·атм. При 85% вологості це стрибає на порядок. Тому EVOH завжди закладений у вологостійку оболонку. На ринках з високою вологістю ми іноді вказуємо зовнішні оболонки PA6 із внутрішнім ядром EVOH або радимо переробникам зберігати листи в кондиціонованих середовищах перед термоформуванням.
Стяжки повинні відповідати полярності сусідніх шарів. Для PP/EVOH працює PP з щепленим малеїновим ангідридом. Для PET/EVOH вам потрібна інша хімія, часто на основі етилену з епоксидною смолою. Використання невідповідної стяжної смоли схоже на використання невідповідного зварювального стрижня: з’єднання виглядає добре, доки не буде застосовано напругу.
Власники брендів все частіше вибирають перероблений вміст. Постіндустріальне повторне шліфування з обрізки кромки легко повторно ввести в безконтактний шар. Перероблена смола після споживання є більш твердою, оскільки забруднення та розкладання IV впливають на адгезію зв’язувального шару. Ми працюємо з процесорами, щоб перевірити потоки ПЛР і розмістити їх на основних рівнях, де естетика менш важлива.
На що слід звернути увагу, купуючи коекструзійну листову машину
Придбання машини для спільної екструзії листів блокує ваш завод у технологічному вікні на п’ятнадцять і більше років. Ціна за метр неправильна метрика. Подивіться на загальну вартість володіння, точність контролю шарів і досвід постачальника з вашою комбінацією смол.
Почніть з точності співвідношення шарів. Попросіть документально підтверджені дані про відхилення для виробничого циклу. Хороша система утримує кожен шар з точністю до ±3% цільової товщини. Огляньте блок живлення: він модульний? Чи можна отримати доступ до лопаток потоку для очищення, не демонтуючи весь блок? EVOH і стяжні смоли руйнуються в застійних кутах. Блок живлення з мертвими точками – кошмар для обслуговування.
Конструкція матриці має таке ж значення. Запитайте про спосіб регулювання губ, час реакції термозатвору та максимальну робочу ширину відповідно до ваших потреб. Якщо ви купуєте матрицю діаметром 1000 мм і плануєте згодом розширити її до 1400 мм, вам може знадобитися повністю нова матриця та стек каландрів.
Не забувайте про каландровий стек. Діаметр рулону, матеріал і контроль температури визначають блиск поверхні та рівномірність товщини. Для бар’єрних листів ми рекомендуємо хромовані рулони з індивідуальним зональним контролем до ±1°C. Зазор між двома верхніми валками має регулюватися з точністю до мікрометра, оскільки цей зазор визначає кінцевий розмір аркуша.
Нарешті, наполягайте на навчанні та документації. Лінія для екструзії багатошарового аркуша настільки хороша, наскільки хороший її оператор. JWELL включає нагляд за запуском, розробку рецептури та сертифікацію оператора, оскільки ми бачили, що надто багато ліній працювали погано просто тому, що бригада так і не навчилася балансувати продуктивність екструдера з заданими значеннями насоса розплаву.
FAQ
Яка мінімальна товщина шару EVOH у багатошаровому листі?
У більшості харчових упаковок 15-25 мікрометрів забезпечують достатній кисневий бар’єр. Розріджувач може утворити отвори під час термоформування. Товщина понад 40 мікрометрів рідко покращує бар’єр пропорційно, оскільки EVOH чутливий до вологи.
Чи можу я запустити багатошарову лінію з переробленого матеріалу?
Так, але місце розташування має значення. Постіндустріальне повторне подрібнення може проходити в центральному структурному шарі, відокремленому від контакту з продуктом незайманою шкірою та вашим бар’єрним шаром. Смола після споживання потребує ретельної кваліфікації.
Чим живильний блок відрізняється від багаторозподільної матриці?
Блок подачі зливає потоки розплаву в багатошаровий стек перед тим, як потрапити в одноколекторну головку. Багаторозподільна матриця має окремі канали, які зливаються лише на краях матриці. Фідблоки простіше і дешевше. Для більшості листів PP/EVOH правильним вибором є блок подачі.
Що спричиняє відшарування коекструдованого листа?
Несумісна зв’язувальна смола, недостатня товщина зв’язувального шару або надмірна напруга зсуву під час термоформування. Якщо ваш зв’язувальний шар правильний, але все ще не працює, перевірте температуру листа перед формуванням.
Як довго працює типова лінія для екструзії багатошарового листа?
При правильному догляді механічна конструкція служить двадцять-двадцять п'ять років. Стовбури та шнеки екструдера зношуються швидше, зазвичай через десять-п’ятнадцять років. JWELL використовує оновлювані архітектури ПЛК. Плануйте оновлення шнеків кожні вісім-десять років, якщо використовуєте ПП з мінеральним наповненням.
