Соэкструзия это

Что такое соэкструзия и принцип работы технологии

Соэкструзия, также называемая коэкструзией, является разновидностью экструзионного процесса переработки пластмасс. Технология основана на одновременной подаче расплавленных полимеров от нескольких экструдеров в одну совмещающую головку, где материалы формируются в многослойное изделие. При этом полимеры не смешиваются между собой, а образуют отдельные слои, каждый из которых сохраняет свои индивидуальные свойства.

Процесс начинается с загрузки гранулированного сырья в отдельные экструдеры. В зависимости от сложности конструкции изделия используют от двух до семи и более экструдеров. Каждый экструдер расплавляет свой полимер при определенной температуре, после чего материал под давлением подается в формующую головку. В головке происходит ключевой этап — соединение полимерных потоков в заданной последовательности слоев.

Три метода соединения слоев

Существует три основных способа совмещения полимерных слоев в процессе соэкструзии. Выбор метода зависит от типа производимого изделия и требуемых характеристик конечного продукта. Первый метод предполагает соединение материалов до попадания в экструзионную головку. Второй способ подразумевает объединение потоков непосредственно внутри головки в специальных каналах. Третий вариант — совмещение слоев после выхода из формующего инструмента, что применяется реже и требует дополнительного оборудования.

Многослойная структура соэкструзионных пленок

Соэкструзионные пленки характеризуются сложной многослойной архитектурой, где количество слоев варьируется от трех до одиннадцати и более. Наиболее распространены трехслойные, пятислойные и семислойные структуры. Толщина каждого отдельного слоя может составлять от двух микрометров до нескольких миллиметров, что позволяет создавать как ультратонкие барьерные пленки, так и толстостенные технические изделия.

Функциональное назначение слоев

Каждый слой многослойной структуры выполняет специфическую задачу. Наружные слои обеспечивают защиту от механических воздействий, термосвариваемость и возможность нанесения печати. Внутренние барьерные слои препятствуют проникновению кислорода, влаги, ароматических веществ и других газов. Средние технологические слои могут включать более дешевые или вторично переработанные полимеры для снижения себестоимости без ущерба для свойств.

Барьерные свойства соэкструзионных материалов

Барьерные свойства относятся к ключевым преимуществам соэкструзионной технологии. Благодаря включению специализированных полимерных слоев достигается надежная защита упакованного продукта от воздействия внешней среды. Барьерные пленки контролируют проникновение кислорода, углекислого газа, водяных паров, ароматических соединений и света, что критично для пищевых продуктов, фармацевтики и других чувствительных товаров.

Барьерная и небарьерная соэкструзия

Соэкструзионные процессы подразделяются на два основных типа по функциональному назначению конечного продукта. При небарьерном способе технология используется для усиления физико-механических свойств структуры — прочности, свариваемости, окрашивания, светонепроницаемости. Барьерный способ предполагает включение в структуру газонепроницаемых слоев из этиленвинилового спирта, поливинилиденхлорида или полиамида, обеспечивающих управление миграцией различных веществ через упаковку.

Этиленвиниловый спирт является наиболее эффективным кислородным барьером среди прозрачных полимеров. Слой толщиной всего несколько микрометров способен обеспечить защиту продукта на протяжении длительного срока хранения. Полиамид выполняет двойную функцию — создает барьер для кислорода и одновременно придает пленке механическую прочность и устойчивость к проколу.

Виды и классификация соэкструзионных изделий

По методу формования соэкструзионные изделия классифицируются на три основные группы. Выдувная рукавная пленка производится путем экструзии расплава через кольцевую головку с последующим раздувом воздухом и формированием трубчатого рукава. Плоскощелевая пленка изготавливается методом плоской экструзии через щелевую головку, что обеспечивает высокую оптическую прозрачность. Профили и трубы формуются через специализированные головки сложной конфигурации.

По количеству слоев

• Двухслойные изделия — редко встречающийся вариант, применяется для простых конструкций типа окрашенных профилей или дублированных пленок.
• Трехслойные структуры — базовая конфигурация типа АВА, где наружные слои одинаковы, а средний отличается по составу для оптимизации свойств или снижения стоимости.
• Пятислойные пленки — позволяют включить барьерный слой с защитными адгезионными прослойками и оптимизированными наружными слоями.
• Семислойные и более сложные — применяются для специализированной упаковки с комбинацией барьерных материалов и максимально развитым комплексом свойств.

По конструкции экструзионной головки

Различают рукавные головки для производства выдувной пленки, плоскощелевые для литых пленок и листов, а также трубные головки для изготовления многослойных труб различного назначения. Головки различаются количеством каналов подачи полимеров — от двухканальных до одиннадцатиканальных и более сложных. Современные головки оснащаются системами микропроцессорного управления для точного контроля толщины и распределения каждого слоя.

Применение соэкструзии в промышленности

Основная сфера применения соэкструзионной технологии — производство гибкой упаковки для пищевой промышленности. Многослойные пленки используются для упаковки молочных продуктов, мясной и рыбной продукции, замороженных полуфабрикатов, макаронных изделий, круп, кондитерских товаров. Барьерные свойства обеспечивают длительное хранение скоропортящихся продуктов, защиту от окисления жиров и сохранение органолептических характеристик.

Пищевая упаковка

В молочной индустрии соэкструзионные пленки применяются для изготовления пакетов под молоко, сметану, творог, сливки и сыры. Высокая морозостойкость полиэтиленовых слоев позволяет использовать упаковку для замороженных продуктов при температурах до минус сорока градусов. Прозрачность материала обеспечивает визуальную доступность продукта, что важно для маркетинга и контроля качества потребителем.

Технические и строительные изделия

Соэкструзионная технология широко используется при производстве многослойных труб для водоснабжения, канализации, газоснабжения. Конструкция позволяет совместить дешевое вторичное сырье во внутренних слоях с качественными полимерами снаружи для обеспечения товарного вида и эксплуатационных свойств. Строительные профили для окон, дверей, отделочных панелей также изготавливаются методом соэкструзии с цветными декоративными слоями.

Другие области применения

• Сельскохозяйственные пленки для теплиц, мульчирования почвы и силосования кормов
• Медицинская упаковка с повышенными требованиями к стерильности и барьерным свойствам
• Кабельная изоляция с многослойной структурой для специальных условий эксплуатации
• Транспортная термоусадочная упаковка для грузов и палетирования
• Упаковка для химических продуктов, удобрений, стиральных порошков

Преимущества и недостатки соэкструзии

Соэкструзионная технология обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с альтернативными методами производства многослойных материалов. Главное достоинство заключается в одностадийности процесса — готовый многослойный материал получается непосредственно из гранулированного сырья без промежуточных операций склеивания или ламинирования. Это значительно снижает производственные затраты и энергопотребление.

Основные преимущества

• Экономичность производства — единый технологический цикл требует меньше оборудования и операций по сравнению с ламинированием
• Безотходность процесса — обрезки и технологические отходы используются в средних слоях даже при производстве пищевой упаковки
• Широкие возможности комбинирования — сочетание полимеров с различными свойствами в одном изделии
• Точный контроль толщины слоев — современное оборудование обеспечивает микронную точность распределения материалов
• Высокая производительность — непрерывный процесс позволяет выпускать десятки тонн материала в сутки

Ограничения технологии

К основным недостаткам относится необходимость использования совместимых полимеров с близкими температурами переработки. Материалы с существенно различающимися температурными режимами могут вызвать усадочные напряжения и расслоение при охлаждении. Высокая начальная стоимость оборудования и сложность экструзионных головок требуют значительных инвестиций. Очистка многоканальных систем при смене материалов занимает продолжительное время и может привести к простоям.

Некоторые комбинации материалов в принципе невозможно получить методом соэкструзии из-за несовместимости полимеров. Например, структуры с металлизированными слоями или алюминиевой фольгой требуют применения ламинирования. После соэкструзии все слои должны подвергаться одинаковой обработке — ориентации, сшиванию, термообработке, что ограничивает возможности оптимизации отдельных компонентов.

Оборудование для соэкструзии

Соэкструзионная линия включает несколько основных компонентов. Система экструдеров состоит из двух и более машин, каждая из которых предназначена для пластикации отдельного полимера. Экструдеры могут быть одношнековыми или двухшнековыми, различаться по производительности в зависимости от доли материала в конечной структуре. Главный экструдер обеспечивает подачу основного полимера, вспомогательные — дополнительных слоев.

Экструзионная головка

Формующая головка представляет собой наиболее сложный и прецизионный элемент оборудования. Она объединяет потоки расплавов от всех экструдеров и формирует их в заданную многослойную структуру. Головки изготавливаются из высококачественной легированной стали, способной работать при высоких температурах и давлениях в агрессивной химической среде. Конструкция предусматривает возможность разборки для очистки и обслуживания без серьезных затруднений.

Калибровка и охлаждение

После выхода из головки многослойный материал проходит через систему калибровки и охлаждения. Для выдувной пленки применяется воздушное кольцо, которое обдувает раздутый рукав холодным воздухом. Плоская пленка охлаждается на валках с регулируемой температурой. Трубы калибруются в вакуумных или пневматических калибраторах с последующим охлаждением в водяных ваннах. Равномерное охлаждение критично для предотвращения деформаций и обеспечения стабильности размеров.

Дополнительное оборудование

В состав линии входят дозаторы сырья гравиметрического или объемного типа, обеспечивающие точную подачу материала в экструдеры. Системы сушки необходимы для гигроскопичных полимеров вроде полиамида. Устройства намотки или резки подготавливают готовую продукцию к упаковке и отгрузке. Современные линии оснащаются автоматизированными системами контроля толщины слоев, температурных режимов и других технологических параметров.

Соэкструзия и ламинирование — отличия методов

Соэкструзия и ламинирование представляют собой два альтернативных подхода к созданию многослойных материалов, каждый из которых имеет свою область применения. При ламинировании готовые пленки соединяются друг с другом с помощью клеевых составов или экструзионным методом. Соэкструзия формирует все слои одновременно в едином процессе без использования клея. Количество пленок в ламинате равно числу его слоев, тогда как соэкструзионная пленка с той же комбинацией материалов будет иметь на один слой больше за счет адгезионной прослойки.

Ламинирование позволяет объединять материалы, которые невозможно соединить соэкструзией — например, металлизированные пленки, алюминиевую фольгу, бумагу, различные виды печатных подложек. Соэкструзия ограничена совместимыми термопластичными полимерами. С другой стороны, ламинирование требует дополнительных стадий нанесения клея и сушки, что увеличивает длительность цикла и стоимость продукции. Некоторые производители комбинируют оба метода — используют трехслойный соэкструдер совместно с ламинатором для получения пяти-семислойных структур.