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拉伸薄膜的最新进展

拉伸薄膜的最新进展 2011年12月04日 来源： 拉伸薄膜的生产者已经习惯了市场每五年翻一番的局面。在1985到1990的五年间，市场需求从2.5亿磅/年增长到5亿磅/年，从1990到1995年的五年间市场需求又增长到10亿磅/年。即使在最近的五年间，五层拉伸薄膜席卷整个市场的时候，树脂的需求仍然翻了一番。但是在最近的两年间拉伸薄膜树脂的需求徘徊在14亿磅/年。拉伸薄膜的65％和铸造薄膜的70％被应用于机器设备的包装，另外30％和吹制薄膜的35％应用于日用品的包装和一部分特殊防漏薄膜。薄膜领域的市场竞争是非常残酷的。营业者的利润通常只有1美分/磅，设备的更新换代几乎每年要进行两次。北美地区销售额增长的营业者都在生产新型的多层薄膜。当九十年代中期五层薄膜的技术出现时，立刻取代了很多含有己烯或辛烯的线性低密度聚乙烯构成的单层或三层薄膜。这项技术需要第四台挤出设备以及一个五层膜的加料系统，该技术可以采用成本较低的丁烯线性低密度聚乙烯，以及通过增强处理得到的新型金属茂合物线性低密度聚乙烯。一个典型的五层结构应该是A-B-C-B-A，其中在表面为掺杂10％己烯的线性低密度聚乙烯，夹层为掺杂20％金属茂合物的线性低密度聚乙烯，在中心部分为掺杂40％丁烯的线性低密度聚乙烯。

复杂的结构使得当今的拉伸薄膜得以进一步发展。Pliant的最新的七层薄膜生产线可以生产9000英尺51单位厚度的拉伸薄膜，而传统方法生产的为5000英寸80单位厚度的薄膜

拉伸薄膜设备随着层数的增长可以生产出面积更大，产量更高的薄膜。五年前的标准是五英尺二十英寸每卷的三层膜，如今的标准是六英尺每卷的五层膜。五层拉伸薄膜现在已经占了北美地区总产量的40％，含有金属茂合物的树脂应用也从1995年的0％提高到所有线性低密度聚乙烯拉伸薄膜的12％。但是金属茂合物线性低密度聚乙烯的价格比较昂贵，因此生产者开始转向生产七层和九层薄膜，这样就可以应用更多较为廉价的丁烯线性低密度聚乙烯来替代金属茂合物线性低密度聚乙烯，在有些情况下还可以提高薄膜的性能。举例来说，所有生产七层拉伸薄膜的生产商都宣称他们的产品可以取代较厚但层数较少的薄膜而不会带来负荷能力的下降。在过去的几年中，北美所有浇铸拉伸薄膜生产线都设计用来生产五层或更多层薄膜。他们不断的创造层数的新记录——七层，然后是九层。现在生产商和设备制造者都在谈论11层14层甚至70层的薄膜。 “我们根据屏障属性将微层加料技术实现了商业化，但是拉伸薄膜仍将继续使用。我们可以在厚度在埃数量级或者膜厚度的百分之十几生产薄膜层（1埃＝0.0001微米）。”Cloeren有限公司高级技术人员Gary Oliver说道，“生产者对此都非常感兴趣，但目前还没有人实践。”越来越多的层数大多数最新的薄膜层生产线都进入了拉伸薄膜领域，同时占据了一定的市场份额。德克萨斯的Mauriceville的Chaparral薄膜公司在1994年最早生产出五层拉伸薄膜，同时在1996年首先报道了七层薄膜的使用，尽管这些并没有引起公众的注意。Cloeren为Chapparal生产模具和加料系统，同时也是Chapparal的投资者之一，根据它的说法，Chaparral正在原来的基础上发展更多层数的薄膜。（伊利诺斯Glenview的ITW拉伸包装系统公司在1996年买下了Chaparral但是仅仅生产五层薄膜。）

制备金属茂合物线性低密度聚乙烯含量较高的七层薄膜需要采用北美的大口径浇铸冷却滚轴来达到较高的产率（照片来自：Pliant）

位于墨西哥Atlacomulco的Poly Rafia公司在1996年也拥有了生产七层薄膜的能力，同时在2001又增加了一条生产线。田纳西州Shelbyville的Quintec薄膜公司和夏洛特的Pinnacle薄膜有限公司在1998年秋季也开始生产，这些新公司只生产七层薄膜。Quintec在2001年七月凭借“双外层以及内部五层结构”获得了拉伸薄膜方面的美国专利，专利号为#6,265,055。“如果有足够的挤出和成膜设备，就可以制备出含有金属茂合物的低成本、高性能的薄膜，这是市场发展的机会所在。”Pinaco刚刚在去年四月安装了第二条七层膜生产线，它的主席William Rice说，“很多在这个领域原来的从业者无法适应这么多的新技术，他们中的大多数都不准备更换七层膜生产线。”尽管如此，还是有在这个领域有一定历史的从业商已经新增加了七层拉伸薄膜生产线，他们是伊利诺斯Schaumburg的Pliant公司和Hackensack的AEP工业有限公司。与此同时， Sigma塑料集团从1994年起就是一家拉伸薄膜市场上主要的包装袋薄膜生产商，该集团在2000年的Belleville建成了世界上第一条九层拉伸薄膜的生产线。位于新泽西Lyndhurst的Sigma拉伸薄膜公司的工作人员Per Nylen说：“我们8年内将在世界范围内的市场份额从0提高到15％，我们对此感到非常骄傲。”最近在新泽西的Livingston，Foumosa’s Inteplast集团的附属公司AmTopp定购了一条九层薄膜的Battenfeld Gloucester生产线，今年的晚些时候将运抵公司在德克萨斯Lolita的工厂。当前拉伸薄膜发展不是很快的主要原因是薄膜正在逐渐变薄。在1985年，生产标准为90单位（0.0009英寸）。今天的标准是65到80单位。标准降低带来的主要问题是陈旧的生产线的效率随之下降。“曾经用来生产1密耳厚薄膜3000磅/小时的设备现在用来生产70单位的薄膜，因此它们已经浪费了设备生产能力的30％，”Andew Christie如是说，他是位于纽约富尔顿的Optex Process Solutions有限公司的主席，同时也是拉伸薄膜界的专家。如果想保证原有设备的生产能力，唯一的办法就是更换一个新的卷筒，但是人们只会将这样大笔的资金投到新的生产线上。尽管薄膜生产的总量没有太大增长，拉伸薄膜包装的产品数目正在健康的增长。不仅仅由于如今的薄膜比当初更薄，而且由于现在的产品比原来的产品拉伸性更好。在1985年，为了包装一个托台平均需要12张薄膜，而在1995年只需要五张，在2000年只需要四张就可以达到要求，同样重量的塑料的包装能力在这些年之间扩大了三倍。Pinnacle报道了它生产的63单位的七层Apex薄膜在标准测试中延展性达到360％到370％，测试设备来自Jighlight Industries公司，该公司是一家拉伸包装设备制造商（Pinnacle是唯一一家愿意为本文提供具体性能数据的拉伸薄膜制造商）。这表明还有很大的降低厚度的空间，尤其对于多层膜来说更是如此。Highlight Industries公司的主席Kurt Rienenschneider说：“我们测量了薄膜显示大多数拉伸最终都能够超过350％，但是能够应用在实际包装中的数据大概是165％到180％。在很多情况下，现今的拉伸薄膜已经优于拉伸包装设备了。”当今市场上的薄膜的包装能力还有很大潜力可挖，这也造成了一定程度上的生产能力过剩。

Pinnacle薄膜公司专门生产含有金属茂合物低密度聚乙烯的高性能七层拉伸薄膜。去年该公司新添了第二条七层薄膜生产线

在2002年九月的休斯顿举行的会议上（由休斯顿化学市场资源公司发起组织），Flexpo的Pliant报道了在这个领域的进一步发展。Pliant生产出1密耳的单层吹制薄膜，在测试中具有500％的拉伸性能，超过了其他三种不同的金属茂合物线性低密度聚乙烯。为什么要增加层数？高度分层的薄膜应用只有浇铸拉伸薄膜应用在机器包装上。应用在手工包装吹制拉伸薄膜有一层到三层的己烯/辛烯线性低密度聚乙烯夹层需要掺杂昂贵的添加剂，而浇铸的薄膜中没有应用这种添加剂。具有更多层的薄膜通常不需要掺杂特殊的材料。可以通过将一股树脂分割成薄片或者将不同的树脂混合形成附加层。这种技术通常应用于薄片挤出来获得更均一的树脂分布。Cloeren’s Oliver说：“共挤出薄膜可以改善抗穿透性能，挤出的金属茂合物树脂薄膜使其不易破裂，如果膜比较薄，就会表现出较好的弹性。

高性能七层薄膜可以在大多数包装设备能够达到的极限上进一步拉伸，即使在突出的角也是如此。（照片来自：Highlight Industries）

Sigma的Nylen说：“看看这些像胶合板一样的九层薄膜，我们的九层膜比原来的五层膜具有更高的抗穿透性，延伸性能以及抗撕裂性能。”含有金属茂合物线性低密度聚乙烯薄膜可以降低成本，应用广泛的丁烯线性低密度聚乙烯的使用同时减少金属茂合物线性低密度聚乙烯的使用。在一个有三层金属茂合物线性低密度聚乙烯的七层薄膜中，金属茂合物的含量可以减少到33％，而有两层金属茂合物线性低密度聚乙烯的五层薄膜中金属茂合物的含量最少为40％。应用加料设备从单一树脂制备多层膜有很大优势，但在应用更多的挤出机上也有争论。Oliver解释说：“应用两台挤出机从单一树脂制备多层膜可以在增加产量的同时不影响膜的性质。应用两台4.5英寸挤出机来代替一台6英寸挤出机的高产量生产线可以生产各种复杂和简单的产品，而对4.5英寸挤出机的温度控制要比6英寸挤出机的温度控制容易得多。”Pliant的七层拉伸薄膜可以由三台、四台、五台或六台挤出机共同制造。该公司在田纳西Lewisburg的第一条七层膜生产线应用五台挤出机以及另一台较小的设备用于用边角余料挤出边上的装饰。Pliant三个月前新建成的最新七层膜生产线有四台挤出机。预先对加料系统进行控制可以使生产线用三种或四种不同的聚合物制备七层薄膜。同时还应用一个据说使北美地区最大的冷却滚轴以便制备浇铸拉伸薄膜。这个大的滚轴可以使薄膜的淬火更快，更好的改善了膜的抗穿透性能和附着性能，据Pliant报道。Pliant的第一种高性能七层薄膜被命名为R-122，该产品在2001年研制成功，但直到2002年才完全实现商业化。这种产品设计要求在强度和控制噪声方面超过Pliant的OPTX五层薄膜。R-122是一种高端产品，其中金属茂合物线性低密度聚乙烯的含量最高（超过50％），这使得膜的厚度较薄同时具有较好的拉伸性能。虽然如此，这种产品51和63厚度单位的版本是Pliant业绩最好的拉伸薄膜。由于R-122比较薄，因此消费者购买相同重量的R-122可以得到更多的可用长度：51厚度单位的R-122薄膜有9000英寸长，63厚度单位的R-122薄膜有7250英寸长，而标准的80厚度单位的薄膜则只有5000英寸长。51和63厚度单位的薄膜可以包装C级货物（不规则带有很多突出部分的货物），同时在性能上超过市场上某些韧性较好的70和80厚度单位的产品，Piant报道。R-122用了一年时间才实现商业化，因为一开始的生产率太低根本无法批量生产。由于金属茂合物线性低密度聚乙烯的含量较高，产量和工艺上遇到了一些难题，因此Pliant对工艺和树脂成分进行了一些改变。Pinnacle的Apex高端拉伸薄膜在2000年研制成功，该产品同样应用七层薄膜和金属茂合物线性低密度聚乙烯来降低厚度。Pinnacle的莱斯说：“我们可以用63厚度单位的产品来替换传统的80厚度单位的薄膜，如果重量减轻我们可以将厚度减少到55厚度单位。”Black Clawson在Quintec的七层拉伸薄膜生产线应用五台挤出机和从Extrusion Dies Industries公司带有可以改变层间次序的选择器的Ultraflow加料系统。Black Clawson表示，典型的七层膜结构应该是第一层占5％到15％，第二层占5％到10％，第三层占15％到20％，中间层占40％到50％，第五层占5％到10％，第六层占5％到10％，第七层占2％到15％。不是所有的多层拉伸薄膜都应用金属茂合物线性低密度聚乙烯。Sigma在它的九层薄膜中就没有应用，Sigma认为含有金属茂合物线性低密度聚乙烯的膜的抗撕裂强度比应用标准己烯/辛烯混合物的薄膜低。AmTopp也不打算在它的九层薄膜产品中应用金属茂合物线性低密度聚乙烯，AEP Industries公司同样排斥金属茂合物线性低密度聚乙烯。AEP重新建立了一条四挤出机的生产线并增加了一套七层薄膜的加料系统。它的第一个七层膜产品是EXRW（大口径卷包装），该产品厚度为3密耳，用于纸卷的包装，这是一个新兴的市场。对较大的纸卷进行保护需要表面硬度而对伸展性没有太多的要求。AEP最新的五层和七层薄膜EXP（大口径包装）是为高速自动拉伸包装设计的较薄的高强度薄膜。EXP薄膜可以在60转/分的速度进行包装，而标准的机器包装速度为20转/分，当速度达到30转/分时已经会被认为很高了，AEP的技术经理Michael Hildreth如是说。Sigma致力于将它的九层薄膜应用在成本较低的领域。它的Battenfeld Gloucester系统应用四台挤出机和一套Cloeren模具和加料系统。各层之间交替排列：A-B-C-B-C-D-C-D-A。无间断运转，高产量无间断操作以及保持正常高效运转是保证拉伸薄膜利润的关键所在。根据加料系统中流量等因素进行在线的调整对在运作中改变层间次序也是必要的。为了适应竞争的要求，拉伸薄膜生产线的运转速度也越来越快。Black Clawson公司挤出系统的生产经理Robert Moeller说：“一些生产者可以在4100磅/小时的转速下承受1700到1800英寸/分钟的生产速度。”更高的产量也要求更快的旋转速度和更高的自动化程度。

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