Filme Biaxialmente Orientado: Um Novo Material Favorito com Excelente Desempenho(1)

No vasto campo da ciência dos materiais, os filmes biorientados tornaram-se o foco de atenção em muitas indústrias devido às suas propriedades únicas e ampla gama de aplicações. Este tipo de filme, fabricado por meio de processos específicos, demonstra vantagens significativas em propriedades mecânicas, propriedades de barreira, propriedades ópticas, etc., fornecendo forte suporte para o desenvolvimento da indústria moderna.

Alongamento Biaxial: Princípios e Vantagens

A tecnologia de estiramento biaxial se destaca entre os métodos de formação de filmes plásticos, com seu princípio básico como o seguinte: a matéria-prima do polímero é aquecida e fundida por uma extrusora, e extrudada em uma folha espessa. Posteriormente, dentro da faixa de temperatura adequada acima da temperatura de transição vítrea e abaixo do ponto de fusão (ou seja, no estado altamente elástico), usando uma máquina de estiramento longitudinal e uma máquina de estiramento transversal, forças externas são aplicadas sequencialmente nas direções longitudinal e transversal para operações de estiramento por um determinado múltiplo. Este processo promove a orientação e o arranjo ordenado de cadeias moleculares ou planos cristalinos na direção paralela ao plano do filme. Imediatamente após, o tratamento de termofixação é realizado em um estado tensionado para fixar a estrutura macromolecular orientada. Finalmente, por meio de resfriamento e processamento subsequente, o filme biaxialmente orientado é preparado.

Em comparação com filmes não estirados, os filmes biaxialmente orientados apresentam propriedades mecânicas significativamente melhoradas, com resistência à tração de 3 a 5 vezes maior que a dos filmes não estirados. Ao mesmo tempo, suas propriedades de barreira são aprimoradas, reduzindo a permeabilidade a gases e vapor d'água; as propriedades ópticas são otimizadas, com transparência e brilho superficial significativamente aprimorados; a resistência ao calor e ao frio é aprimorada e a estabilidade dimensional é boa; a uniformidade da espessura é melhor, com menor desvio de espessura, permitindo alta automação e alta velocidade de produção.

Processo de Produção: Um Fluxo Complexo e Preciso

A linha de produção de filmes biaxialmente orientados é como um dragão industrial preciso, composto por vários equipamentos formando uma linha de produção contínua, incluindo principalmente torres de secagem, extrusoras, máquinas de fundição, máquinas de estiramento longitudinal, máquinas de estiramento transversal, máquinas de enrolamento de tração, etc.

Tomando como exemplo a produção de filme de poliéster, a primeira etapa é a preparação e a mistura dos ingredientes. Uma certa quantidade de chips de masterbatch contendo silício e chips brilhantes é utilizada em conjunto. Após serem misturados por um misturador dosador, eles entram no próximo processo. As partículas de sílica nos chips de masterbatch contendo silício são distribuídas no filme, o que pode aumentar a rugosidade microscópica da superfície do filme, permitindo que uma pequena quantidade de ar fique retida entre os filmes durante o enrolamento, impedindo efetivamente a adesão.

Para polímeros higroscópicos como PET, PA e PC, os tratamentos de pré-cristalização e secagem são obrigatórios antes do estiramento biaxial. O PET normalmente passa por processamento em uma torre compactada com leito de cristalização, equipada com dispositivos de preparação de ar seco, incluindo um compressor de ar, desumidificador de peneira molecular e aquecedor. A pré-cristalização e a secagem são conduzidas a 150–170 °C por aproximadamente 3,5–4 horas, garantindo que o teor de umidade dos chips de PET secos seja controlado em 30–50 ppm. Esta etapa aumenta o ponto de amolecimento do polímero, evita que as partículas de resina grudem ou se aglomerem durante a secagem e a extrusão do fundido, enquanto remove a umidade para evitar hidrólise ou formação de bolhas em polímeros à base de éster durante a extrusão do fundido.

Os chips de PET submetidos aos tratamentos de cristalização e secagem entram em uma extrusora de parafuso único, onde são aquecidos, fundidos e plastificados sob a ação da estrutura exclusiva do parafuso. Para garantir a qualidade da plastificação e a pressão estável do material fundido extrudado, a extrusora é equipada com duas portas de exaustão conectadas a um sistema de bombeamento a vácuo, que pode extrair efetivamente a umidade e os oligômeros dos materiais, eliminando a necessidade de um sistema complexo de pré-cristalização/secagem e reduzindo os custos de investimento e operação. A dosagem do material fundido é realizada por uma bomba de engrenagens de alta precisão, que fornece pressão estável à matriz, supera a resistência do material fundido que passa pelo filtro e garante uma espessura de filme uniforme. O tubo de fusão conecta a extrusora, a bomba dosadora, o filtro e a matriz para permitir que o material fundido flua suavemente. Dentro da extremidade do tubo de fusão conectado à matriz, vários conjuntos de misturadores estáticos são instalados. Quando o material fundido flui, ele produz automaticamente um efeito de mistura de divisão-combinação-divisão-combinação, alcançando a homogeneização da temperatura do material fundido.

O PET viscoelástico fundido que sai da matriz é rapidamente resfriado abaixo da temperatura de transição vítrea em um rolo de resfriamento com rotação uniforme, formando uma chapa fundida vítrea com espessura uniforme. O princípio envolve o uso de um gerador de alta tensão para produzir uma tensão CC de vários milhares de volts, fazendo com que o fio do eletrodo e o rolo de resfriamento atuem como polos negativo e positivo, respectivamente (com o rolo de resfriamento aterrado). No campo eletrostático de alta tensão, a chapa fundida adquire cargas estáticas opostas à polaridade do rolo de resfriamento por indução eletrostática. Devido à atração entre cargas opostas, a chapa adere firmemente à superfície do rolo de resfriamento, expelindo ar de forma eficaz e permitindo uma transferência de calor eficiente.

A chapa grossa produzida pela máquina de fundição entra na unidade de estiramento longitudinal para estiramento longitudinal em estado altamente elástico. A máquina de estiramento longitudinal é composta por rolos de pré-aquecimento, rolos de estiramento, rolos de resfriamento, rolos de tensão, rolos de pressão de borracha, tubos de aquecimento infravermelho, unidades de aquecimento e dispositivos de acionamento. Existem vários modos de estiramento longitudinal, comumente incluindo estiramento de ponto único, bem como estiramento de múltiplos pontos, como estiramento de dois ou três pontos.

Após o estiramento longitudinal, o filme entra na esticadora transversal, passando por pré-aquecimento, enquadramento, fixação por calor e resfriamento em sequência para completar o estiramento transversal.

Por fim, o filme esticado biaxialmente entra no processo de enrolamento e corte por tração. Este processo é composto por múltiplos rolos-guia de tração, rolos de resfriamento, rolos de achatamento, rolos de tensão, rolos de rastreamento, dispositivos de corte de bordas, medidores de espessura e máquinas de tratamento corona. Após o corte de bordas, a medição da espessura e o tratamento corona, o filme é enrolado, cortado e se torna um produto acabado após passar pela inspeção.