יציקת שחול של סרט פוליאתילן

 

סרט פוליאתילן (PE) הוא המגוון המיוצר והנפוץ ביותר של סרטי פלסטיק. הוא אינו רעיל וחסר ריח, וכולל חוזק וקשיחות גבוהים יחד עם עמידות מצוינת ללחות ומים, יכולת פתיחה טובה (אנטי חסימה) וביצועים בטמפרטורה נמוכה, תוך שמירה על רמה מסוימת של שקיפות. יכולת האיטום בחום שלו יוצאת מן הכלל, עם טמפרטורת איטום נמוכה יחסית של כ-100 מעלות, מה שמאפשר ייצור שקיות נוח על ידי חימום חשמלי. סרט PE מיוצר ישירות על ידי יציקת מכה שחול מכדורי שרף פוליאתילן ובדרך כלל אינו דורש תוספים; ניתן להשיג צבע על ידי שילוב מאסטרבאץ'. שרפי פוליאתילן לסרט מנופח כוללים פוליאתילן בצפיפות נמוכה (LDPE), פוליאתילן ליניארי בצפיפות נמוכה (LLDPE) ופוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE).

 

1) סרט חממה חקלאית

סרט חממה חקלאי הוא סרט ברוחב רחב המנופח מ-LDPE או תערובות של LDPE עם LLDPE, בדרך כלל בתהליך הניפוח כלפי מעלה עם המראה שטוח. רוחב Layflat משתרע על טווח רחב (פחות או שווה ל-1000 מ"מ או גדול או שווה ל-5000 מ"מ). העובי הטיפוסי הוא 0.03-0.14 מ"מ, חוזק מתיחה גדול או שווה ל-12 MPa, והתארכות בשבירה גדולה או שווה ל-300%. סרטים אלו עמידים בפני גשם, מעבירים אור ושומרים על חום, ומאפשרים גידול כל השנה של ירקות ופירות בתוך מבני חממה. על פי דרישות אגרונומיות, תת-הסוגים הפונקציונליים העיקריים כוללים:

• סרט חממה מחוזק: הוכן על ידי הוספת יותר מ-25% Wt LLDPE לתוך LDPE. ניתן להגדיל את חוזק המתיחה לכ-20 MPa, והתארכות בשבירה גדולה או שווה ל-400%. אם הסרט מפוצץ כולו מ-LLDPE, החוזק משופר עוד יותר, עם עמידות משופרת לנקב ומשטח חלק יותר; ניתן להפחית את עובי הסרט בכ-20-30%.

• סרט חממה עם חיים ארוכים: סרט חממה רגיל נמשך בדרך כלל 0.5-1 שנה. דרגות חיים ארוכים מאריכות את חיי השירות פי שניים לפחות עד 2-3 שנים. אלה מתקבלים על ידי הוספת 0.3-0.5 חלקים במסה של מייצב אור ו-0.1-0.3 חלקים של נוגד חמצון ל-LDPE; תחילה מרטיבים את משטח ה-LDPE בשמן לבן, ואז מערבבים ומפוצצים לסרט.

• סרט חממה נגד טפטוף: תוכנן כך שלא ייווצר ערפל או טיפות על פני הסרט, ובכך משפר את העברת האור ומקדם את צמיחת היבול. על ידי הוספת חומר פעיל שטח מתאים או מאסטר אצווה נגד טפטוף, הזיקה של הסרט למים מוגברת. טיפות קטנות רבות מתלכדות לכדי גדולות יותר הזורמות לאורך דופן הסרט אל הקרקע, ובכך מבטלות ערפול פנימי, משפרים את השקיפות ומונעות נפילה ישירה של טיפות על היבולים.

2) סרט מאלץ' חקלאי

סרט חיפוי חקלאי מתייחס לסרט כיסוי קרקע. זהו סרט LDPE דק מאוד שנוצר על ידי יציקת מכה, בעובי של 0.008-0.014 מ"מ ורוחב של 600-1000 מ"מ. חיפוי שקוף וחסר צבע משמש בעיקר כסרט לגידול שתילים וכסרט כיסוי יבול כדי לקדם בגרות מוקדמת, להגדיל את התפוקה ולהדברת מזיקים; הוא מיוצר בדרך כלל בשיטת הסרט הנפוח כלפי מעלה. סרט מאלץ' פונקציונלי מיוצר על ידי שילוב של 3-5% חומרי צבע ב-PE כדי להשיג צבעים אדום, צהוב, כחול, אפור, שחור וצבעים אחרים. גידולים שונים מקבלים אפוא את הרצועות הספקטרליות הספציפיות שהם צריכים, ומשיגים בגרות מוקדמת יותר ויבול גבוה יותר, דיכוי מזיקים ועיכוב עשבים.

3) סרט אריזה

סרט אריזה PE מחולק לסוגים קלים וכבדים.

• סרט אריזה קל: מיוצר מ-LDPE ומשמש בעיקר לאריזת מזונות, מאפים, ממתקים, ירקות, פירות, תרופות, טקסטיל, צרכי יום, ביגוד ומוצרים דומים. כדי להתאים לקווי אריזה אוטומטיים, בדרך כלל מוסיפים כמויות קטנות של חומרי החלקה או חומרים אנטי-סטטיים. הייצור משתמש לרוב בתהליך ניפוח כלפי מעלה או ניפוח שטוח. רוחב Layflat משתרע על טווח רחב (קטן או שווה ל-70 מ"מ או גדול או שווה ל-1000 מ"מ). העובי הוא 0.02-0.20 מ"מ וחוזק המתיחה גדול או שווה ל-10 MPa.

• תיקי חולצות HDPE (קניות) ושקיות לבוש: בשימוש נרחב, ומיוצרים בעיקר בתהליך הניפוח כלפי מעלה. רוחב Layflat הוא 70-1000 מ"מ, עובי 0.007-0.10 מ"מ וחוזק מתיחה גדול או שווה ל-25 MPa.

• סרט אריזה כבד: מיוצר על ידי תהליך ניפוח כלפי מעלה מ-LDPE בעל משקל מולקולרי גבוה יותר. עובי אופייני הוא 0.2-0.35 מ"מ, כאשר כל שקית מסוגלת להכיל 20-30 ק"ג של תכולה. היישומים כוללים אריזה של מוצרים חקלאיים, חומרי גלם כימיים, דשנים, חומרי הדברה, מזון, סוכר, מלח, תרופות וטקסטיל.

שרפי LDPE לסרט מנופח מציגים טווח זרימת נמס (MFR) רחב יחסית של 0.5-7 גרם/10 דקות ונבחרים בהתאם לשימוש המיועד של הסרט (ראה טבלה 1-1). שרפי LLDPE עבור סרט מנופח הם בדרך כלל בעלי MFR של 1-2 גרם/10 דקות. לדרגות HDPE מנופחות יש MFR של 0.2-1 גרם/10 דקות. ל-HDPE יש טמפרטורת התכה גבוהה יותר ובטווח השינויים בקצב הגזירה, צמיגות גבוהה; הודות למבנה המולקולרי הליניארי שלו, הוא מפגין אוריינטציה חזקה הנגרמת על ידי זרימה.

טבלה 1-1 מבחר שרפי LDPE לדרגות סרטים

ציון סרט	MFR שרף (גרם/10 דקות)
סרט אריזה קל	2–4
סרט עם שקיפות גבוהה	5–7
סרט חיפוי חקלאי	4–7
סרט חממה	1.5–4.5
סרט מתכווץ בחום	2–5
סרט אריזה כבד	0.25–0.5

 

 

1) אקסטרודר

סרט LDPE קונבנציונלי עם רוחב שטוח גדול מ-300 מ"מ או שווה ל-300 מ"מ מיוצר בדרך כלל בתהליך הניפוח כלפי מעלה עם המראה שטוח. קוטר הברגים המומלץ נע בין 45 ל-150 מ"מ. עבור רוחבים שטוחים יותר מ-1 מ', ניתן להשתמש בשני מכבשי בורג יחיד לשיחול משותף של סרט ברוחב רחב. בורג L/D הוא 20-30 עם יחס דחיסה של 3-3.5, ומועדף בורג פרוגרסיבי (ערוץ מחודד).

עבור סרט HDPE, מכבשים בגודל קטן יותר מתאימים, עם בורג L/D של 16-25. עיצובי בורג בדרך כלל משלבים קטע גזירה ייעודי וקטע ערבוב.

2) למות בראש

סרט LDPE משתמש בדרך כלל במתות טבעתיות מסוג ספירלה או עכביש, עם קוטר של 100-1000 מ"מ. כאשר נדרשת אחידות עובי מעולה, מומלצת תבנית מסתובבת. נעשה שימוש בתהליכי ניפוח כלפי מעלה ושטוחים.

סרט HDPE משתמש בדרך כלל בקוביית ליבה ספירלית. יש לנקוט זהירות בתכנון של תעלת הזרימה, בגיאומטריה הספירלית ובממדי השפתיים כדי למנוע קצבי גזירה מוגזמים, העלולים לגרום לשבר של התכה. בגלל מאפייני היווצרות הללו, מתכות סרטי HDPE קטנות יחסית, בדרך כלל בקוטר של 30-200 מ"מ.

3) קירור

בעיקר נעשה שימוש בקירור טבעת אוויר. לחץ המפוח הטיפוסי הוא 4000-8000 Pa עם קצב זרימת אוויר של 15-75 מ"ק לדקה.

 

1) טמפרטורת שחול

טמפרטורת האקסטרוזיה נקבעת בעיקר על ידי קצב זרימת ההיתוך של שרף PE -ככל שה-MFR גבוה יותר, כך הטמפרטורה הנדרשת נמוכה יותר. מיציאת ההזנה לאריזת המסך (לוחית מפסק), טמפרטורות החבית מוגדלות בהדרגה כך שטמפרטורת ראש התבנית שווה בערך ל-10-20 מעלות נמוכה מהטמפרטורה בקצה הבורג. זה מקדם פריזון עבה יציב ושקיפות סרט טובה יותר. טמפרטורות שחול אופייניות לסרטי PE מוצגות בטבלה 2-1.

טבלה 2-1 טמפרטורות שחול עבור סרטי פוליאתילן (מעלה)

ציון סרט	אזור חבית 1	אזור חבית 2	אזור חבית 3	מַתאֵם	לָמוּת
LDPE - סרט אריזה קל	120–140	130–140	140–160	150–160	160–170
LDPE – סרט חממה	150–170	160–180	170–180	180–190	170–180
LDPE - סרט אריזה כבד	180–200	170–180	180–190	190–200	180–190
סרט LLDPE	160–180	180–200	200–220	200–220	220–230
סרט HDPE	200–220	220–240	240–260	250–260	240–250

2) למות גאפ

הפער בין השפתיים משתנה בהתאם לסוג השרף; טווחים מייצגים מפורטים בטבלה 2-2. ככל ש-MFR עולה, נבחר מרווח מות קטן יותר; ככל שעובי סרט היעד גדל, נעשה שימוש בפער גדול יותר. לדוגמה, עבור סרט LDPE כבד (MFR נמוך יותר ומד עבה יותר) נבחר מרווח תבנית של כ-1.0 מ"מ; עבור סרט LDPE קל לשימוש (MFR גבוה יותר ומד דק יותר) מרווח התבנית הוא בדרך כלל 0.5-0.6 מ"מ. מכיוון שצמיגות ההיתוך של LLDPE גבוהה יותר ואינה רגישה יחסית לשינויים בקצב הגזירה, טמפרטורת ההשחול שלו גבוהה יותר ומרווח התבנית גדול משמעותית מאשר עבור LDPE; אחרת עלול להופיע משטח "עור כריש" מחוספס. שרפי הסרט המנופח של HDPE הם בעלי MFR נמוך יחסית, כך שמרווח התבנית הוא בדרך כלל מעט יותר גדול מאשר עבור LDPE.

טבלה 2-2 טווחי פערי שפתיים טיפוסיים (מ"מ)

סוג סרט	מרווח המות (מ"מ)
LDPE	0.5–1.0
LLDPE	1.5–2.5
HDPE	1.2–1.5

3) יחס פיצוץ (BUR)

לאחר היציאה מהתבנית הטבעתית, הפריזון העבה מנופח באוויר דחוס, מגדיל את קוטרו, מפחית את עוביו ומעניק משיכה רוחבית. יחס פיצוץ טיפוסי הוא 2-5. אם ה-BUR גבוה מדי, הבועה תתנפנף, צורת הבועה הופכת לא יציבה, אחידות העובי מתדרדרת, והסרט נוטה להישבר. ככל ש-BUR גדל, חוזק המתיחה הרוחבי של הסרט, עמידות הקריעה וחוזק ההשפעה גדלים, אך השקיפות והברק יורדים וחוזק המתיחה האורכי נוטה לרדת. BURs מייצגים לסרטי PE מופיעים בטבלה 2-3.

טבלה 2-3 יחסי פיצוץ מייצגים עבור סרטי PE

סוג סרט	BUR טיפוסי
LDPE	1.5–3.5
LLDPE	1.5–2.0
HDPE	3.2–6.0

4) יחס ציור (כיוון מכונה)

לאחר שהפריזון עוזב את הקובייה, הוא מונחה לגלילי ההולכה (ניפ) ונתון לשרטוט אורכי. מהירות קו ההובלה היא בדרך כלל פי 3-5 ממהירות שחול ההיתוך (פלט), מה שמניב מתיחה של 3-5× בכיוון המכונה ועלייה ניכרת בחוזק המתיחה האורך. זה מועיל ליישומי תיקים שבהם נושא עומס אורכי שולט.