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全納米層碟片模頭突破吹塑薄膜的層數極限

專利的模頭技術旨在将吹塑薄膜的層數極限擴充到超越于目前被認為是高科技的9層和11層的标準。

BBS公司正在持續開發用于生産納米層吹塑薄膜的模頭技術,這項技術是最近開發的兩項技術中的第二項,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頂級水準的9層和11層的結構。意大利的機器制造商GAP公司開發了采用3個喂料塊的技術,僅需一個環形模頭,就能生産出含27個微層的吹塑薄膜。

納米層技術已在流延膜領域站穩了腳跟,尤其是在拉伸應用方面,這主要歸功于Cloeren Incorporated公司的努力,該公司開發的喂料塊技術使得加工商們能夠生産出幾十層的薄膜。

位于美國南卡羅來納州Spartanburg的BBS公司由Hank Schirmer經營,他從Cryovac公司(現在的Sealed Air公司)的新型技術總監職位退休。Schirmer擁有100多項專利,最新的一項專利是2020年12月獲得授權的一種全納米層模頭,這項專利技術是對Schirmer在大約20年前發明的分層排序組合(layer-sequence repeater,簡稱LSR)模頭技術的延續,那項技術後來被BBS賣給了一家制造醫療包的全球薄膜生産商。

按照Schirmer的解釋,BBS的全納米層模頭由許多子產品組成,每個子產品又由許多子產品單元(cells)組成,這些子產品單元(cells)從180 的兩個對稱位置取出熔體,進而為每一層提供了更好的對稱性。Schirmer堅持認為,這樣可以将每個納米層的厚度控制得更加均勻。每個子產品單元(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)是建構每個子產品單元的基石,可以改變子產品單元的形狀,它們或多或少就像是一套樂高玩具。” Schirmer介紹說,“相應地,這可以相容每一種塑膠,并能根據每種樹脂的流變性進行調整,以達到最佳的流動狀态。”

全納米層碟片模頭突破吹塑薄膜的層數極限

新的納米層模頭可以采用1X(如此圖所示)和2X(更高的産出)兩種設計,特别是其外夾緊螺栓可以防止洩漏

Schirmer進一步解釋說:“通過子產品單元(cells)和碟片(disks)的子產品化設定,這種全納米層模頭可以滿足你的任何需求。我們不再需要用它産生的層數來描述這種共擠出模頭。你隻需要組裝子產品,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,是以,你隻需要用一台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。”

最新的專利是關于這種子產品的。這是一種通常很複雜的對精密雷射切割和手工完成的碟片(disks)進行組裝的過程。這種特殊的子產品組裝方式決定了薄膜的結構。在一個模頭組合中,可以有多個子產品。

新的子產品由子產品單元(cells)組成,每一個子產品單元(cell)都有兩個結構相對的熔體入口,能産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産生的不同材料的所有納米層的厚度。Schirmer介紹說:“基本上,子產品是模頭的核心和靈魂,決定了所生産薄膜的品質。通過更換子產品,加工商可以改變薄膜的結構。他可以有多個子產品配置,随時可以用于模頭中,這就類似于刮胡刀和刮胡刀片:刮胡刀保持不變,但刮胡刀片可以更換,而決定剃須的是刮胡刀片。”

子產品可以預先安排,并放入子產品庫存清單中,這樣在需要時,就可以随時将它們放入模頭中,這使得在每次清洗模頭或改變薄膜結構時都能縮短停機時間。“将子產品加熱到大約900℉(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子產品,我們隻需要一個柴爐燃燒4h即可。冷卻後,隻需吹掉灰燼,就可以将子產品重新投入使用而無需拆卸它。”Schirmer說道。

全納米層碟片模頭突破吹塑薄膜的層數極限

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材料的薄膜結構,圍繞着膜泡圓周的這些層是同心的,而且是連續的

這些模頭的設計采用了外夾緊螺栓。“這樣做是為了獲得最高的夾緊壓力,以使模頭不會洩漏。”Schirmer說道,“子產品會變熱,但夾緊螺栓卻保持冷卻。熱會導緻子產品膨脹,但冷的螺栓比你用扭矩扳手拉得更緊。”

自從Schirmer公布LSR技術以來,他已與兩家吹膜系統供應商建立了聯系:中國的金明公司和加拿大的Alpha Marathon公司,金明公司測試了高産出的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産線,該生産線配有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。現在BBS在獨立營運。

新的納米層模頭有1X和2X兩種設計。1X模頭擁有最大8in(約20.32cm)的環,最大産出可達300lb/h(約136kg/h)。2X模頭擁有最大18in(約45.72cm)的環,可以用在産出超過1000lb/h(453.6kg/h)的生産線上。

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,如何用子產品單元(cells)組裝子產品,用碟片(disks)組裝子產品單元(cells)。”Schirmer說,“這可以通過使用簡單的CAD計算程式而得到簡化。”

全納米層碟片模頭突破吹塑薄膜的層數極限

BBS在其實驗室中建有一條由6台擠出機組成的生産線,可以制造含52個納米層的薄膜

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,以及減少用于制造複雜結構的擠出機的數量。“我們正在為一條由更少量的擠出機組成的全新的吹膜生産線申請專利,這條生産線專為制造廣泛的高品質薄膜而設計,以展示這些新的模頭所具有的全部功能特征。”Schirmer說道。該新的生産線目前安裝在BBS位于Spartanburg的實驗室中。

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