Film biassialmente orientato: un nuovo materiale preferito con prestazioni eccellenti (1)

Nel vasto campo della scienza dei materiali, i film biassialmente orientati sono diventati oggetto di attenzione in molti settori grazie alle loro proprietà uniche e all'ampia gamma di applicazioni. Questo tipo di film, prodotto attraverso processi specifici, dimostra vantaggi significativi in ​​termini di proprietà meccaniche, proprietà barriera, proprietà ottiche, ecc., fornendo un forte supporto allo sviluppo dell'industria moderna.

Stretching biassiale: principi e vantaggi

La tecnologia di stiramento biassiale si distingue tra i metodi di formatura di film plastici, con il seguente principio di base: la materia prima polimerica viene riscaldata e fusa da un estrusore, ed estrusa in un foglio spesso. Successivamente, entro l'intervallo di temperatura appropriato, al di sopra della temperatura di transizione vetrosa e al di sotto del punto di fusione (ovvero, nello stato altamente elastico), utilizzando una macchina di stiramento longitudinale e una macchina di stiramento trasversale, vengono applicate forze esterne sequenzialmente in direzione longitudinale e trasversale per operazioni di stiramento di un multiplo specifico. Questo processo favorisce l'orientamento e la disposizione ordinata delle catene molecolari o dei piani cristallini nella direzione parallela al piano del film. Immediatamente dopo, viene eseguito un trattamento di termofissaggio in uno stato di tensione per fissare la struttura macromolecolare orientata. Infine, tramite raffreddamento e successiva lavorazione, viene preparato il film orientato biassialmente.

Rispetto ai film non stirati, i film biassialmente orientati mostrano proprietà meccaniche significativamente migliorate, con una resistenza alla trazione che raggiunge 3-5 volte quella dei film non stirati. Allo stesso tempo, le loro proprietà barriera sono migliorate, riducendo la permeabilità ai gas e al vapore acqueo; le proprietà ottiche sono ottimizzate, con una trasparenza e una brillantezza superficiali significativamente migliorate; la resistenza al calore e al freddo è migliorata e la stabilità dimensionale è buona; l'uniformità dello spessore è migliore, con una minore deviazione di spessore, e si possono ottenere un'elevata automazione e una produzione ad alta velocità.

Processo di produzione: un flusso complesso e preciso

La linea di produzione per film biassialmente orientati è come un drago industriale preciso, composto da varie apparecchiature che formano una linea di produzione continua, tra cui principalmente torri di essiccazione, estrusori, macchine di colata, macchine di stiramento longitudinale, macchine di stiramento trasversale, avvolgitrici di trazione, ecc.

Prendendo ad esempio la produzione di film in poliestere, il primo passaggio consiste nella preparazione e miscelazione degli ingredienti. Una certa quantità di chip di masterbatch contenenti silicio e chip di brillantante viene utilizzata in combinazione. Dopo essere stata miscelata da un miscelatore dosatore, viene avviata al processo successivo. Le particelle di silice presenti nei chip di masterbatch contenenti silicio vengono distribuite nel film, il che può aumentarne la rugosità microscopica superficiale, consentendo a una piccola quantità d'aria di rimanere tra i film durante l'avvolgimento, prevenendone efficacemente l'adesione.

Per polimeri igroscopici come PET, PA e PC, i trattamenti di precristallizzazione ed essiccazione sono obbligatori prima dello stiro biassiale. Il PET viene tipicamente lavorato in una torre a riempimento con un letto di cristallizzazione, dotata di dispositivi di preparazione dell'aria secca, tra cui un compressore d'aria, un deumidificatore a setaccio molecolare e un riscaldatore. La precristallizzazione e l'essiccazione vengono condotte a 150-170 °C per circa 3,5-4 ore, garantendo che il contenuto di umidità dei trucioli di PET essiccati sia controllato a 30-50 ppm. Questa fase aumenta il punto di rammollimento del polimero, impedisce alle particelle di resina di attaccarsi o agglomerarsi durante l'essiccazione e l'estrusione a fusione, rimuovendo al contempo l'umidità per evitare l'idrolisi o la formazione di bolle nei polimeri a base di esteri durante l'estrusione a fusione.

I trucioli di PET sottoposti a cristallizzazione ed essiccazione entrano in un estrusore monovite, dove vengono riscaldati, fusi e plastificati grazie alla struttura unica della vite. Per garantire la qualità della plastificazione e una pressione di estrusione stabile, l'estrusore è dotato di due porte di scarico collegate a un sistema di pompaggio del vuoto, in grado di estrarre efficacemente umidità e oligomeri dai materiali, eliminando la necessità di un complesso sistema di precristallizzazione/essiccazione e riducendo i costi di investimento e operativi. Il dosaggio del fuso è completato da una pompa a ingranaggi ad alta precisione, che fornisce una pressione stabile alla filiera, vince la resistenza del fuso che attraversa il filtro e garantisce uno spessore uniforme del film. Il tubo di fuso collega l'estrusore, la pompa di dosaggio, il filtro e la filiera per consentire al fuso di fluire uniformemente. All'estremità del tubo di fuso, collegata alla filiera, sono installati diversi set di miscelatori statici. Quando la massa fusa scorre, si produce automaticamente un effetto di miscelazione divisione-combinazione-divisione-combinazione, ottenendo l'omogeneizzazione della temperatura della massa fusa.

Il fuso di PET viscoelastico in uscita dalla filiera viene raffreddato rapidamente al di sotto della temperatura di transizione vetrosa su un rullo di raffreddamento a rotazione uniforme, formando una lastra colata vetrosa di spessore uniforme. Il principio prevede l'utilizzo di un generatore ad alta tensione per generare una tensione continua di diverse migliaia di volt, facendo sì che il filo dell'elettrodo e il rullo di raffreddamento agiscano rispettivamente come poli negativo e positivo (con il rullo di raffreddamento collegato a terra). Nel campo elettrostatico ad alta tensione, la lastra colata acquisisce cariche statiche opposte alla polarità del rullo di raffreddamento per induzione elettrostatica. Grazie all'attrazione tra cariche opposte, la lastra aderisce saldamente alla superficie del rullo di raffreddamento, espellendo efficacemente l'aria e consentendo un efficiente trasferimento di calore.

La lamiera spessa prodotta dalla macchina di colata entra nell'unità di stiratura longitudinale per lo stiramento longitudinale in stato altamente elastico. La macchina di stiratura longitudinale è composta da rulli di preriscaldamento, rulli di stiratura, rulli di raffreddamento, rulli di tensionamento, rulli di pressione in gomma, tubi di riscaldamento a infrarossi, unità di riscaldamento e dispositivi di azionamento. Esistono diverse modalità di stiratura longitudinale, tra cui lo stiramento a punto singolo e lo stiramento a più punti, come lo stiramento a due o tre punti.

Dopo lo stiramento longitudinale, la pellicola entra nella barella trasversale, dove subisce in sequenza le fasi di preriscaldamento, intelaiatura, termofissaggio e raffreddamento per completare lo stiramento trasversale.

Infine, il film stirato biassialmente entra nel processo di avvolgimento e taglio a trazione. Questo processo è composto da più rulli guida di trazione, rulli di raffreddamento, rulli di appiattimento, rulli di tensione, rulli di tracciamento, dispositivi di rifilatura dei bordi, misuratori di spessore e macchine per il trattamento corona. Dopo la rifilatura dei bordi, la misurazione dello spessore e il trattamento corona, il film viene avvolto, tagliato e, una volta superato il controllo, diventa un prodotto finito.