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功能性薄膜開發及應用

發布:js-wmt 瀏覽:4303次

【高(gao)(gao)附(fu)(fu)加值】是(shi)提高(gao)(gao)產品競爭力的(de)關鍵。對于高(gao)(gao)分子(zi)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo),開發具(ju)有高(gao)(gao)附(fu)(fu)加值的(de)新產品,也就是(shi)功能薄(bo)(bo)(bo)膜(mo),是(shi)目(mu)前(qian)產業面臨(lin)的(de)首要問(wen)題,也是(shi)我(wo)國薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)產業未(wei)來的(de)發展方向(xiang)。

功能薄膜具(ju)有非(fei)常(chang)明顯的交叉學科特點,涉(she)及高分(fen)子、精密機(ji)械、電腦(nao)輔助分(fen)析(xi)、光(guang)學設計等,在我國戰略新興(xing)產業中(zhong)扮演重(zhong)要的角色。

功能性(xing)薄膜約占(zhan)薄膜總產(chan)量的(de)5%,然(ran)而(er)市值卻(que)占(zhan)接(jie)近(jin)15%,毛利(li)率是(shi)普通薄膜的(de)5-7倍,功(gong)能(neng)薄(bo)膜(mo)的(de)高附加值吸引了越來(lai)越多廠商投資進入,造成產能(neng)過剩,尤其(qi)在光學薄(bo)膜(mo)領域。而在食品(pin)包裝(目的(de):延長保鮮)、服裝紡(fang)織(目的(de):多孔(kong)性排濕(shi)保暖)、農業薄(bo)膜(mo)(目的(de):阻(zu)隔有(you)害光)、生(sheng)物(wu)可分解、醫療(liao)、生(sheng)化等在國外已是先(xian)期研究(jiu)及(ji)開發的(de)產品(pin),國內(nei)仍具(ju)有(you)很大差距(ju)。

目(mu)前國內具有(you)規(gui)模的企業,其高規(gui)格的功能(neng)性薄膜生產設備仍大多(duo)(duo)整套(tao)系統來自國外(wai)大廠(chang),業者(zhe)只學會使用及操(cao)作技術,對于各部分單元并不了解,在使用上有(you)許多(duo)(duo)受限,例如(ru)塑(su)料性質一旦(dan)改變(bian),薄膜品(pin)質即受到(dao)影(ying)響;后續維(wei)修(xiu)方面更受制(zhi)于原廠(chang),增加很多(duo)(duo)時間及成本。

國(guo)內(nei)制(zhi)備制(zhi)造商不(bu)(bu)(bu)少,但對(dui)于高分(fen)子(zi)性質(zhi)往往不(bu)(bu)(bu)甚了解(jie),也缺(que)乏電腦輔助分(fen)析(xi)的能(neng)(neng)(neng)力,因為在設(she)計上大多(duo)仍(reng)以經驗及(ji)參考國(guo)外產品為主,對(dui)于精密系統的設(she)計整合(he)能(neng)(neng)(neng)力不(bu)(bu)(bu)足(zu)。因此如何協助國(guo)內(nei)業者了解(jie)高分(fen)子(zi)特性,提高設(she)計能(neng)(neng)(neng)力,不(bu)(bu)(bu)只可提高競爭能(neng)(neng)(neng)力,也能(neng)(neng)(neng)夠有能(neng)(neng)(neng)力承接國(guo)外設(she)備后續(xu)的維護及(ji)更新,才能(neng)(neng)(neng)夠落實技術本土化的目標。

高機能薄膜應用分類

LCD顯示(shi)器

食(shi)品包裝(zhuang)膜(mo)

農業用膜

醫(yi)療用(yong)膜

隨著老(lao)齡(ling)化社會的來臨,適合超高(gao)齡(ling)者使(shi)用、個別(bie)包裝、高(gao)阻(zu)隔、高(gao)機能成(cheng)為發展方向(xiang)。

透濕防水(shui)膜

是(shi)一種能(neng)防(fang)止液體穿(chuan)透又能(neng)將濕氣(qi)排出,使用(yong)時內部不(bu)會發(fa)生(sheng)結露而導致濕冷不(bu)舒服之狀況。材(cai)料以PTFE、TPU、聚(ju)酯為(wei)主(zhu)。

1PET透濕防水薄膜

其優(you)點為(wei)輕薄、伸長率好、加(jia)工性(xing)更(geng)佳、不易黃化、無(wu)孔(kong)特(te)性(xing)沒有堵塞(sai)問題,透濕功能壽(shou)命可(ke)達10年以上。并且(qie)可(ke)回收熔融成再生(sheng)(sheng)料(liao),降低環(huan)境負(fu)擔而不犧牲功能、質量、設計,此為(wei)不可(ke)多得之附加(jia)效益, 消費性(xing)產品的生(sheng)(sheng)態循環(huan)也(ye)為(wei)此材料(liao)帶來競爭力。

全球透(tou)氣防水貼(tie)合(he)材料(liao)非(fei)常著名的Sympatex? 屬(shu)聚酯貼(tie)合(he)薄膜材料(liao),用于針(zhen)梭織布料(liao)貼(tie)合(he)十分普遍,杜邦公司的Hytrel?也屬(shu)于此類材料(liao)。

2PTFE透濕防水薄膜

其產(chan)品對于環境影響(xiang)重(zhong)大,生(sheng)產(chan)聚四氟乙烯過程中使(shi)用(yong)的原(yuan)料之一全氟辛酸銨(PFOA)具有致(zhi)(zhi)癌作用(yong)。該成分(fen)之薄膜無法(fa)分(fen)解,需燃燒350℃以上才可(ke)熔融,且剝蝕物(wu)可(ke)令(ling)鳥致(zhi)(zhi)死,并可(ke)使(shi)人(ren)產(chan)生(sheng)類似流感的癥狀。在環境保護(hu)的政策下,該類產(chan)品使(shi)用(yong)率(lv)逐(zhu)漸受到已開發(fa)國家之限(xian)制。而疏水性材質,使(shi)用(yong)者長(chang)時(shi)(shi)間穿(chuan)著時(shi)(shi),服飾內層會產(chan)生(sheng)結露現(xian)象(xiang),造(zao)成使(shi)用(yong)者穿(chuan)著的不適感。

PTFE(Gore-tex)薄膜其制程需使(shi)用有(you)機溶劑(ji),且為(wei)有(you)孔性薄膜,會因(yin)孔洞堵塞(sai)而降低透濕功(gong)能。

3TPU透濕防水薄膜

為(wei)無孔質(zhi)具親水基之薄膜,加工(gong)性(xing)良好,但仍稍不及聚酯系(xi)薄膜,且該產(chan)品在大陸已(yi)有(you)多家廠商(shang)相繼生(sheng)產(chan),利潤和(he)未來性(xing)與當年相比已(yi)衰退許多。

開發實例

以軟包裝材(cai)料(liao)為例,進行以下各步驟的(de)說(shuo)明及考量重點

  • 多層膜(mo)的應(ying)用

  • 如何進行(xing)各層塑料的(de)搭配選擇(ze)

  • 多層(ceng)(ceng)膜的層(ceng)(ceng)厚設計

  • 如何進行(xing)共擠押加工(gong)

  • 界面特性分(fen)析

  • 界面不穩定(ding)現象的發生(sheng)原因解析

高性能(neng)軟(ruan)包裝材料(liao)的關鍵性能(neng)

  • 阻隔性

  • 選(xuan)擇(ze)性(xing)的(de)滲透

  • 避免損壞;如耐(nai)穿刺、抗撕裂強度、沖擊強度和模量、良(liang)好的低溫韌性(xing)

  • 熱封性

  • 在高速包裝下的機(ji)械加工性(xing);如薄膜彈性(xing)系(xi)數、膜厚度(du)、密封性(xing)能好(hao)、摩擦系(xi)數低

  • 對(dui)消費者(zhe)的吸引(yin)力

塑料(liao)的(de)搭配選擇重點

以apple sauce cups為例:

  • 拉伸強度

  • 穿透阻力:阻隔(ge)性

  • 黏著性,與其他塑(su)料薄膜的貼合

  • 光學(xue)性;透明度、表(biao)面光澤

  • 成型性;加(jia)工(gong)性

  • 機械性;耐(nai)摩、耐(nai)刮、耐(nai)沖擊

  • 經濟性;成(cheng)本

多層膜(mo)基本組成(cheng)及塑(su)料(liao)選擇

  • PP:耐熱、耐摔、安(an)全、阻濕性佳、與(yu)EVOH加(jia)工(gong)溫(wen)度相近、加(jia)工(gong)性佳

  • EVOH:阻氧氣性特優,與PP加工溫度相近

  • PP-g-MAH:因PP與EVOH不相溶,必(bi)須加入黏著(zhu)層(ceng),選(xuan)擇PP-g-MAH能黏著(zhu)PP層(ceng)與EVOH層(ceng)

層厚設計

層厚設計(ji)需要考(kao)慮:穿透阻(zu)力(阻(zu)隔性)是否(fou)夠?機械性質(zhi)(耐摩(mo)、耐刮、拉伸強度、穿刺、沖擊(ji))是否(fou)足夠?以及經(jing)濟性和(he)成本。

1收集塑料物性資料

2計算適當厚度

假設

  • 膜(mo)的氧氣穿(chuan)透率(OTR)要求<0.02(cm3/100in2/day/atm)

  • 膜的(de)濕氣穿透率(MVTR)要求(qiu)<0.5(g/100in2/day/atm

  • 膜的沖(chong)擊強度(du)0.025J

3決定膜的各層厚度

由于共擠押每層膜厚(hou)會(hui)有偏(pian)差約3~5%,且EVOH吸水性太高,不(bu)宜(yi)放在外層,故采A/B/A方式設計,由于PP與(yu)EVOH不(bu)相溶,須加(jia)上黏著(zhu)層TL(PP-g-MAH),因此以PP/TL/EVOH/TL/PP為(wei)膜的主結(jie)構(gou),層厚(hou)設計為(wei)30/10/20/10/30,總厚(hou)度為(wei)100um。

4計原料成本概算