Biaxial orientierte Folie: Ein neues beliebtes Material mit hervorragender Leistung(1)
Im weitläufigen Bereich der Materialwissenschaften sind biaxial orientierte Folien aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und ihres breiten Anwendungsspektrums in vielen Branchen in den Fokus gerückt. Dieser Folientyp, der durch spezielle Verfahren hergestellt wird, weist erhebliche Vorteile hinsichtlich mechanischer Eigenschaften, Barriereeigenschaften, optischer Eigenschaften usw. auf und unterstützt so die Entwicklung der modernen Industrie maßgeblich.
Biaxiales Recken: Prinzipien und Vorteile
Die biaxiale Recktechnologie ist eine der herausragenden Methoden zur Herstellung von Kunststofffolien. Ihr Grundprinzip ist folgendes: Der Polymerrohstoff wird in einem Extruder erhitzt, geschmolzen und zu einer dicken Folie extrudiert. Anschließend werden in einem geeigneten Temperaturbereich oberhalb der Glasübergangstemperatur und unterhalb des Schmelzpunkts (d. h. im hochelastischen Zustand) mithilfe einer Längs- und einer Querreckmaschine äußere Kräfte nacheinander in Längs- und Querrichtung ausgeübt, um die Folie um ein Vielfaches zu strecken. Dieser Prozess fördert die Ausrichtung und geordnete Anordnung der Molekülketten oder Kristallebenen parallel zur Folienebene. Unmittelbar danach wird im gespannten Zustand eine Wärmefixierung durchgeführt, um die orientierte makromolekulare Struktur zu fixieren. Durch Abkühlen und anschließende Verarbeitung wird schließlich die biaxial orientierte Folie hergestellt.
Im Vergleich zu ungereckten Folien weisen biaxial orientierte Folien deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften auf. Ihre Zugfestigkeit erreicht das Drei- bis Fünffache der ungereckten Folien. Gleichzeitig sind ihre Barriereeigenschaften verbessert, wodurch die Durchlässigkeit für Gase und Wasserdampf reduziert wird. Die optischen Eigenschaften sind optimiert, mit deutlich verbesserter Transparenz und Oberflächenglanz. Die Wärme- und Kältebeständigkeit ist verbessert, und die Dimensionsstabilität ist gut. Die Dickengleichmäßigkeit ist besser, mit geringeren Dickenabweichungen, und eine hohe Automatisierung und Hochgeschwindigkeitsproduktion ist möglich.
Produktionsprozess: Ein komplexer und präziser Ablauf
Die Produktionslinie für biaxial orientierte Folien ist wie ein präziser Industriedrache, der aus verschiedenen Geräten besteht, die eine kontinuierliche Produktionslinie bilden, darunter hauptsächlich Trockentürme, Extruder, Gießmaschinen, Längsreckmaschinen, Querreckmaschinen, Zugwickelmaschinen usw.
Am Beispiel der Polyesterfolienherstellung besteht der erste Schritt in der Vorbereitung und Mischung der Zutaten. Dabei werden silikonhaltige Masterbatch-Chips und Glanzchips kombiniert. Nach dem Mischen in einem Dosiermischer gelangen sie in den nächsten Prozess. Die Silicapartikel in den silikonhaltigen Masterbatch-Chips verteilen sich in der Folie, wodurch die mikroskopische Rauheit der Folienoberfläche erhöht wird. Dadurch kann beim Wickeln eine geringe Luftmenge zwischen den Folien zurückgehalten werden, was ein Anhaften wirksam verhindert.
Für hygroskopische Polymere wie PET, PA und PC sind vor der biaxialen Streckung Vorkristallisations- und Trocknungsbehandlungen zwingend erforderlich. PET wird typischerweise in einem Füllkörperturm mit Kristallisationsbett verarbeitet, der mit Trockenluftaufbereitungsanlagen wie einem Luftkompressor, einem Molekularsieb-Entfeuchter und einer Heizung ausgestattet ist. Vorkristallisation und Trocknung erfolgen bei 150–170 °C für etwa 3,5–4 Stunden, um sicherzustellen, dass der Feuchtigkeitsgehalt der getrockneten PET-Chips bei 30–50 ppm liegt. Dieser Schritt erhöht den Erweichungspunkt des Polymers, verhindert das Anhaften oder Agglomerieren von Harzpartikeln während der Trocknung und Schmelzextrusion und entfernt Feuchtigkeit, um Hydrolyse oder Blasenbildung in esterbasierten Polymeren während der Schmelzextrusion zu vermeiden.
Die kristallisierten und getrockneten PET-Chips gelangen in einen Einschneckenextruder, wo sie durch die einzigartige Schneckenstruktur erhitzt, geschmolzen und plastifiziert werden. Um eine hohe Plastifizierungsqualität und einen stabilen Extrusionsdruck zu gewährleisten, ist der Extruder mit zwei Auslassöffnungen ausgestattet, die an ein Vakuumpumpensystem angeschlossen sind. Dieses entfernt effektiv Feuchtigkeit und Oligomere aus dem Material. Dadurch entfällt ein komplexes Vorkristallisations-/Trocknungssystem und reduziert Investitions- und Betriebskosten. Die Schmelzedosierung erfolgt durch eine hochpräzise Zahnradpumpe. Sie sorgt für einen stabilen Druck an der Düse, überwindet den Widerstand der Schmelze beim Filterdurchlauf und gewährleistet eine gleichmäßige Filmdicke. Die Schmelzeleitung verbindet Extruder, Dosierpumpe, Filter und Düse und sorgt für einen gleichmäßigen Schmelzefluss. Im Inneren des mit der Düse verbundenen Endes der Schmelzeleitung befinden sich mehrere statische Mischer. Beim Durchströmen der Schmelze entsteht automatisch ein Mischeffekt durch Teilung und Vereinigung, wodurch eine Temperaturhomogenisierung der Schmelze erreicht wird.
Die aus der Düse austretende viskoelastische PET-Schmelze wird auf einer gleichmäßig rotierenden Kühlwalze rasch unter die Glasübergangstemperatur abgekühlt, wodurch eine glasartige Gussplatte mit gleichmäßiger Dicke entsteht. Das Prinzip beruht auf der Verwendung eines Hochspannungsgenerators zur Erzeugung einer Gleichspannung von mehreren tausend Volt, wodurch Elektrodendraht und Kühlwalze als Minus- bzw. Pluspol fungieren (bei geerdeter Kühlwalze). Im elektrostatischen Hochspannungsfeld erhält die Gussplatte durch elektrostatische Induktion statische Ladungen entgegen der Polarität der Kühlwalze. Durch die Anziehungskraft der entgegengesetzten Ladungen haftet die Platte fest an der Oberfläche der Kühlwalze, wodurch Luft effektiv verdrängt und eine effiziente Wärmeübertragung ermöglicht wird.
Die von der Gießmaschine hergestellte dicke Folie gelangt in die Längsstreckanlage, um sie im hochelastischen Zustand zu strecken. Die Längsstreckanlage besteht aus Vorheizwalzen, Streckwalzen, Kühlwalzen, Spannwalzen, Gummidruckwalzen, Infrarot-Heizrohren, Heizeinheiten und Antriebsvorrichtungen. Es gibt verschiedene Arten der Längsstreckung, darunter üblicherweise die Einpunktstreckung sowie Mehrpunktstreckungen wie die Zweipunkt- oder Dreipunktstreckung.
Nach der Längsstreckung gelangt die Folie in die Querstreckmaschine und durchläuft nacheinander Vorwärmen, Spannrahmen, Wärmefixierung und Abkühlung, um die Querstreckung abzuschließen.
Abschließend durchläuft die biaxial gestreckte Folie den Traktionswickel- und Schneideprozess. Dieser Prozess umfasst mehrere Traktionsführungsrollen, Kühlwalzen, Glättwalzen, Spannwalzen, Führungswalzen, Kantenbeschnittvorrichtungen, Dickenmessgeräte und Koronabehandlungsmaschinen. Nach dem Kantenbeschnitt, der Dickenmessung und der Koronabehandlung wird die Folie gewickelt, geschnitten und nach bestandener Prüfung zum fertigen Produkt.
