全納米層碟片模頭突破吹塑薄膜的層數(shù)極限

文/ Plastics Technology JIM CALLARI

專利的模頭技術(shù)旨在將吹塑薄膜的層數(shù)極限擴展到超越于目前被認為是高科技的9層和11層的標準。

BBS公司正在持續(xù)開發(fā)用于生產(chǎn)納米層吹塑薄膜的模頭技術(shù)，這項技術(shù)是最近開發(fā)的兩項技術(shù)中的第二項，旨在推動薄膜擠出商研究新的加工工藝，以超越目前被認為是達到行業(yè)頂級水平的9層和11層的結(jié)構(gòu)。意大利的機器制造商GAP公司開發(fā)了采用3個喂料塊的技術(shù)，僅需一個環(huán)形模頭，就能生產(chǎn)出含27個微層的吹塑薄膜。

納米層技術(shù)已在流延膜領(lǐng)域站穩(wěn)了腳跟，尤其是在拉伸應(yīng)用方面，這主要歸功于Cloeren Incorporated公司的努力，該公司開發(fā)的喂料塊技術(shù)使得加工商們能夠生產(chǎn)出幾十層的薄膜。

位于美國南卡羅來納州Spartanburg的BBS公司由Hank Schirmer經(jīng)營，他從Cryovac公司（現(xiàn)在的Sealed Air公司）的新型技術(shù)總監(jiān)職位退休。Schirmer擁有100多項專利，最新的一項專利是2020年12月獲得授權(quán)的一種全納米層模頭，這項專利技術(shù)是對Schirmer在大約20年前發(fā)明的分層排序組合（layer-sequence repeater，簡稱LSR）模頭技術(shù)的延續(xù)，那項技術(shù)后來被BBS賣給了一家制造醫(yī)療包的全球薄膜生產(chǎn)商。

新的納米層模頭可以采用1X（如此圖所示）和2X（更高的產(chǎn)出）兩種設(shè)計，特別是其外夾緊螺栓可以防止泄漏

按照Schirmer的解釋，BBS的全納米層模頭由許多模塊組成，每個模塊又由許多模塊單元（cells）組成，這些模塊單元（cells）從180°的兩個對稱位置取出熔體，從而為每一層提供了更好的對稱性。Schirmer堅持認為，這樣可以將每個納米層的厚度控制得更加均勻。每個模塊單元（cell）由9個或更多的釘在一起的極薄的碟片（dies）組成。“這些碟片（dies）是構(gòu)建每個模塊單元的基石，可以改變模塊單元的形狀，它們或多或少就像是一套樂高玩具。” Schirmer介紹說，“相應(yīng)地，這可以兼容每一種塑料，并能根據(jù)每種樹脂的流變性進行調(diào)整，以達到最佳的流動狀態(tài)。”

Schirmer進一步解釋說:“通過模塊單元（cells）和碟片（disks）的模塊化設(shè)置，這種全納米層模頭可以滿足你的任何需求。我們不再需要用它產(chǎn)生的層數(shù)來描述這種共擠出模頭。你只需要組裝模塊，就能得到你想要的——一層，兩層，或50層直到100層，而且你會知道，每一層的厚度都能盡可能的均勻。模頭負責所有熔體的定向，所以，你只需要用一臺擠出機來擠出所用的每一種材料。無論是3層還是50層，模頭決定了一切。”

最新的專利是關(guān)于這種模塊的。這是一種通常很復(fù)雜的對精密激光切割和手工完成的碟片（disks）進行組裝的過程。這種特殊的模塊組裝方式?jīng)Q定了薄膜的結(jié)構(gòu)。在一個模頭組合中，可以有多個模塊。

新的模塊由模塊單元（cells）組成，每一個模塊單元（cell）都有兩個結(jié)構(gòu)相對的熔體入口，能產(chǎn)生相同材料的或不同材料的兩個層，這樣，就可以更好地控制模頭產(chǎn)生的不同材料的所有納米層的厚度。Schirmer介紹說：“基本上，模塊是模頭的核心和靈魂，決定了所生產(chǎn)薄膜的質(zhì)量。通過更換模塊，加工商可以改變薄膜的結(jié)構(gòu)。他可以有多個模塊配置，隨時可以用于模頭中，這就類似于剃須刀和剃須刀片：剃須刀保持不變，但剃須刀片可以更換，而決定剃須的是剃須刀片。”

BBS在其實驗室中建有一條由6臺擠出機組成的生產(chǎn)線，可以制造含52個納米層的薄膜

此圖顯示的是在BBS模頭中制成的含75個納米層的尼龍 6/EVOH材料的薄膜結(jié)構(gòu)，圍繞著膜泡圓周的這些層是同心的，而且是連續(xù)的

模塊可以預(yù)先安排，并放入模塊庫存清單中，這樣在需要時，就可以隨時將它們放入模頭中，這使得在每次清洗模頭或改變薄膜結(jié)構(gòu)時都能縮短停機時間。“將模塊加熱到大約482.2 ℃或者采用其他方式燃燒聚合物，可以很容易地清洗這些模塊，我們只需要一個柴爐燃燒4 h即可。冷卻后，只需吹掉灰燼，就可以將模塊重新投入使用而無需拆卸它。”Schirmer說道。

這些模頭的設(shè)計采用了外夾緊螺栓。“這樣做是為了獲得最高的夾緊壓力，以使模頭不會泄漏。”Schirmer說道，“模塊會變熱，但夾緊螺栓卻保持冷卻。熱會導(dǎo)致模塊膨脹，但冷的螺栓比你用扭矩扳手拉得更緊。”

自從Schirmer公布LSR技術(shù)以來，他已與兩家吹膜系統(tǒng)供應(yīng)商建立了聯(lián)系：中國的金明公司和加拿大的Alpha Marathon公司，金明公司測試了高產(chǎn)出的LSR 模頭。此外，BBS還向一家法國的加工商出售了這種模頭。而Alpha Marathon公司則向亞洲的一個加工商出售了一條生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線配有Schirmer的模頭。BBS還向一家歐洲的加工商出售了幾個模頭，以及向兩家美國的加工商出售了模頭。現(xiàn)在BBS在獨立運營。

新的納米層模頭有1X和2X兩種設(shè)計。1X模頭擁有最大8 in（約20.32 cm）的環(huán)，最大產(chǎn)出可達300 lb/h（約136 kg/h）。2X模頭擁有最大18 in（約45.72 cm）的環(huán)，可以用在產(chǎn)出超過1 000 lb/h （453.6 kg/h）的生產(chǎn)線上。

BBS 在Spartanburg有一個可供客戶試驗的薄膜實驗室。“我們可以向他們展示，如何用模塊單元（cells）組裝模塊，用碟片（disks）組裝模塊單元（cells）。”Schirmer說，“這可以通過使用簡單的CAD計算程序而得到簡化。”

Schirmer正在為其對模頭的進一步改進措施申請新的專利，包括制造更多對稱的納米層，以及減少用于制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的擠出機的數(shù)量。“我們正在為一條由更少量的擠出機組成的全新的吹膜生產(chǎn)線申請專利，這條生產(chǎn)線專為制造廣泛的高質(zhì)量薄膜而設(shè)計，以展示這些新的模頭所具有的全部功能特征。”Schirmer說道。該新的生產(chǎn)線目前安裝在BBS位于Spartanburg的實驗室中。