全纳米层碟片模头突破吹塑薄膜的层数极限

文/ Plastics Technology JIM CALLARI

专利的模头技术旨在将吹塑薄膜的层数极限扩展到超越于目前被认为是高科技的9层和11层的标准。

BBS公司正在持续开发用于生产纳米层吹塑薄膜的模头技术，这项技术是最近开发的两项技术中的第二项，旨在推动薄膜挤出商研究新的加工工艺，以超越目前被认为是达到行业顶级水平的9层和11层的结构。意大利的机器制造商GAP公司开发了采用3个喂料块的技术，仅需一个环形模头，就能生产出含27个微层的吹塑薄膜。

纳米层技术已在流延膜领域站稳了脚跟，尤其是在拉伸应用方面，这主要归功于Cloeren Incorporated公司的努力，该公司开发的喂料块技术使得加工商们能够生产出几十层的薄膜。

位于美国南卡罗来纳州Spartanburg的BBS公司由Hank Schirmer经营，他从Cryovac公司（现在的Sealed Air公司）的新型技术总监职位退休。Schirmer拥有100多项专利，最新的一项专利是2020年12月获得授权的一种全纳米层模头，这项专利技术是对Schirmer在大约20年前发明的分层排序组合（layer-sequence repeater，简称LSR）模头技术的延续，那项技术后来被BBS卖给了一家制造医疗包的全球薄膜生产商。

新的纳米层模头可以采用1X（如此图所示）和2X（更高的产出）两种设计，特别是其外夹紧螺栓可以防止泄漏

按照Schirmer的解释，BBS的全纳米层模头由许多模块组成，每个模块又由许多模块单元（cells）组成，这些模块单元（cells）从180°的两个对称位置取出熔体，从而为每一层提供了更好的对称性。Schirmer坚持认为，这样可以将每个纳米层的厚度控制得更加均匀。每个模块单元（cell）由9个或更多的钉在一起的极薄的碟片（dies）组成。“这些碟片（dies）是构建每个模块单元的基石，可以改变模块单元的形状，它们或多或少就像是一套乐高玩具。” Schirmer介绍说，“相应地，这可以兼容每一种塑料，并能根据每种树脂的流变性进行调整，以达到最佳的流动状态。”

Schirmer进一步解释说:“通过模块单元（cells）和碟片（disks）的模块化设置，这种全纳米层模头可以满足你的任何需求。我们不再需要用它产生的层数来描述这种共挤出模头。你只需要组装模块，就能得到你想要的——一层，两层，或50层直到100层，而且你会知道，每一层的厚度都能尽可能的均匀。模头负责所有熔体的定向，所以，你只需要用一台挤出机来挤出所用的每一种材料。无论是3层还是50层，模头决定了一切。”

最新的专利是关于这种模块的。这是一种通常很复杂的对精密激光切割和手工完成的碟片（disks）进行组装的过程。这种特殊的模块组装方式决定了薄膜的结构。在一个模头组合中，可以有多个模块。

新的模块由模块单元（cells）组成，每一个模块单元（cell）都有两个结构相对的熔体入口，能产生相同材料的或不同材料的两个层，这样，就可以更好地控制模头产生的不同材料的所有纳米层的厚度。Schirmer介绍说：“基本上，模块是模头的核心和灵魂，决定了所生产薄膜的质量。通过更换模块，加工商可以改变薄膜的结构。他可以有多个模块配置，随时可以用于模头中，这就类似于剃须刀和剃须刀片：剃须刀保持不变，但剃须刀片可以更换，而决定剃须的是剃须刀片。”

BBS在其实验室中建有一条由6台挤出机组成的生产线，可以制造含52个纳米层的薄膜

此图显示的是在BBS模头中制成的含75个纳米层的尼龙 6/EVOH材料的薄膜结构，围绕着膜泡圆周的这些层是同心的，而且是连续的

模块可以预先安排，并放入模块库存清单中，这样在需要时，就可以随时将它们放入模头中，这使得在每次清洗模头或改变薄膜结构时都能缩短停机时间。“将模块加热到大约482.2 ℃或者采用其他方式燃烧聚合物，可以很容易地清洗这些模块，我们只需要一个柴炉燃烧4 h即可。冷却后，只需吹掉灰烬，就可以将模块重新投入使用而无需拆卸它。”Schirmer说道。

这些模头的设计采用了外夹紧螺栓。“这样做是为了获得最高的夹紧压力，以使模头不会泄漏。”Schirmer说道，“模块会变热，但夹紧螺栓却保持冷却。热会导致模块膨胀，但冷的螺栓比你用扭矩扳手拉得更紧。”

自从Schirmer公布LSR技术以来，他已与两家吹膜系统供应商建立了联系：中国的金明公司和加拿大的Alpha Marathon公司，金明公司测试了高产出的LSR 模头。此外，BBS还向一家法国的加工商出售了这种模头。而Alpha Marathon公司则向亚洲的一个加工商出售了一条生产线，该生产线配有Schirmer的模头。BBS还向一家欧洲的加工商出售了几个模头，以及向两家美国的加工商出售了模头。现在BBS在独立运营。

新的纳米层模头有1X和2X两种设计。1X模头拥有最大8 in（约20.32 cm）的环，最大产出可达300 lb/h（约136 kg/h）。2X模头拥有最大18 in（约45.72 cm）的环，可以用在产出超过1 000 lb/h （453.6 kg/h）的生产线上。

BBS 在Spartanburg有一个可供客户试验的薄膜实验室。“我们可以向他们展示，如何用模块单元（cells）组装模块，用碟片（disks）组装模块单元（cells）。”Schirmer说，“这可以通过使用简单的CAD计算程序而得到简化。”

Schirmer正在为其对模头的进一步改进措施申请新的专利，包括制造更多对称的纳米层，以及减少用于制造复杂结构的挤出机的数量。“我们正在为一条由更少量的挤出机组成的全新的吹膜生产线申请专利，这条生产线专为制造广泛的高质量薄膜而设计，以展示这些新的模头所具有的全部功能特征。”Schirmer说道。该新的生产线目前安装在BBS位于Spartanburg的实验室中。