Película orientada biaxialmente: un nuevo material favorito con excelente rendimiento (1)
En el vasto campo de la ciencia de los materiales, las películas orientadas biaxialmente han atraído la atención de muchas industrias debido a sus propiedades únicas y su amplia gama de aplicaciones. Este tipo de película, fabricada mediante procesos específicos, presenta importantes ventajas en propiedades mecánicas, propiedades de barrera, propiedades ópticas, etc., lo que impulsa considerablemente el desarrollo de la industria moderna.
Estiramiento biaxial: principios y ventajas
La tecnología de estiramiento biaxial se destaca entre los métodos de formación de películas plásticas, con el siguiente principio básico: La materia prima polimérica se calienta y se funde mediante una extrusora, para luego extruirse en una lámina gruesa. Posteriormente, dentro del rango de temperatura adecuado, por encima de la temperatura de transición vítrea y por debajo del punto de fusión (es decir, en el estado altamente elástico), utilizando una máquina de estiramiento longitudinal y una máquina de estiramiento transversal, se aplican fuerzas externas secuencialmente en las direcciones longitudinal y transversal para las operaciones de estiramiento por un múltiplo determinado. Este proceso promueve la orientación y la disposición ordenada de las cadenas moleculares o planos cristalinos en dirección paralela al plano de la película. Inmediatamente después, se realiza un tratamiento de termofijación en un estado tensado para fijar la estructura macromolecular orientada. Finalmente, mediante enfriamiento y procesamiento posterior, se prepara la película orientada biaxialmente.
En comparación con las películas sin estirar, las películas orientadas biaxialmente presentan propiedades mecánicas significativamente mejoradas, con una resistencia a la tracción de 3 a 5 veces mayor. Además, mejoran sus propiedades de barrera, reduciendo la permeabilidad a gases y vapor de agua; optimizan sus propiedades ópticas, con una transparencia y un brillo superficial significativamente mejorados; mejoran la resistencia al calor y al frío, y presentan una buena estabilidad dimensional; mejoran la uniformidad del espesor, con una menor desviación del mismo, y permiten una alta automatización y una producción a alta velocidad.
Proceso de producción: un flujo complejo y preciso
La línea de producción de películas orientadas biaxialmente es como un dragón industrial preciso, compuesto por varios equipos que forman una línea de producción continua, incluyendo principalmente torres de secado, extrusoras, máquinas de colada, máquinas de estiramiento longitudinal, máquinas de estiramiento transversal, máquinas de bobinado por tracción, etc.
Tomando como ejemplo la producción de película de poliéster, el primer paso es la preparación y mezcla de los ingredientes. Se utiliza una cantidad determinada de chips de masterbatch con silicio y chips brillantes. Tras ser mezclados en un mezclador dosificador, pasan al siguiente proceso. Las partículas de sílice de los chips de masterbatch con silicio se distribuyen en la película, lo que aumenta la rugosidad microscópica de su superficie, permitiendo que se retenga una pequeña cantidad de aire entre las películas durante el bobinado, lo que previene eficazmente la adhesión.
Para polímeros higroscópicos como PET, PA y PC, los tratamientos de precristalización y secado son obligatorios antes del estiramiento biaxial. El PET se procesa típicamente en una torre de relleno con lecho de cristalización, equipada con dispositivos de preparación de aire seco, incluyendo un compresor de aire, un deshumidificador de tamiz molecular y un calentador. La precristalización y el secado se realizan a 150-170 °C durante aproximadamente 3,5-4 horas, garantizando que el contenido de humedad de los chips de PET secos se mantenga entre 30 y 50 ppm. Este paso mejora el punto de reblandecimiento del polímero, evita que las partículas de resina se adhieran o aglomeren durante el secado y la extrusión en estado fundido, a la vez que elimina la humedad para evitar la hidrólisis o la formación de burbujas en polímeros basados en ésteres durante la extrusión en estado fundido.
Los chips de PET, tras un tratamiento de cristalización y secado, ingresan a una extrusora de un solo tornillo, donde se calientan, se funden y se plastifican gracias a su estructura única. Para garantizar la calidad de la plastificación y una presión estable de la masa fundida extruida, la extrusora cuenta con dos puertos de escape conectados a un sistema de bombeo de vacío, que extrae eficazmente la humedad y los oligómeros de los materiales, eliminando así la necesidad de un complejo sistema de precristalización/secado y reduciendo la inversión y los costos operativos. La dosificación de la masa fundida se realiza mediante una bomba de engranajes de alta precisión, que proporciona una presión estable al molde, supera la resistencia del material fundido al pasar por el filtro y garantiza un espesor de película uniforme. El tubo de masa fundida conecta la extrusora, la bomba dosificadora, el filtro y el molde para permitir un flujo fluido de la masa fundida. En el extremo del tubo de masa fundida, conectado al molde, se instalan varios mezcladores estáticos. Cuando la masa fundida fluye, se produce automáticamente un efecto de mezcla de división-combinación-división-combinación, logrando la homogeneización de la temperatura de la masa fundida.
La masa fundida de PET viscoelástico que sale del molde se enfría rápidamente por debajo de la temperatura de transición vítrea en un rodillo de enfriamiento de rotación uniforme, formando una lámina vítrea fundida con espesor uniforme. El principio consiste en utilizar un generador de alto voltaje para producir una tensión continua de varios miles de voltios, lo que hace que el alambre del electrodo y el rodillo de enfriamiento actúen como polos negativo y positivo, respectivamente (con el rodillo de enfriamiento conectado a tierra). En el campo electrostático de alto voltaje, la lámina fundida adquiere cargas estáticas opuestas a la polaridad del rodillo de enfriamiento mediante inducción electrostática. Debido a la atracción entre cargas opuestas, la lámina se adhiere firmemente a la superficie del rodillo de enfriamiento, expulsando eficazmente el aire y permitiendo una eficiente transferencia de calor.
La lámina gruesa producida por la máquina de colada ingresa a la unidad de estirado longitudinal para su estiramiento longitudinal en estado altamente elástico. La máquina de estirado longitudinal se compone de rodillos de precalentamiento, rodillos de estirado, rodillos de enfriamiento, rodillos de tensión, rodillos de presión de caucho, tubos de calentamiento infrarrojo, unidades de calentamiento y dispositivos de accionamiento. Existen varios modos de estirado longitudinal, que suelen incluir el estiramiento de un solo punto, así como el estiramiento multipunto, como el de dos o tres puntos.
La película después del estiramiento longitudinal ingresa a la camilla transversal, pasando por precalentamiento, tensado, termoendurecimiento y enfriamiento en secuencia para completar el estiramiento transversal.
Finalmente, la película estirada biaxialmente entra en el proceso de bobinado y corte longitudinal. Este proceso consta de múltiples rodillos guía de tracción, rodillos de enfriamiento, rodillos aplanadores, rodillos tensores, rodillos de seguimiento, dispositivos de recorte de bordes, medidores de espesor y máquinas de tratamiento corona. Tras el recorte de bordes, la medición de espesor y el tratamiento corona, la película se enrolla, se corta y se convierte en un producto terminado tras pasar la inspección.
