【高附加值】是提高产品竞争力的关键。对于高分子薄膜,开发具有高附加值的新产品,也就是功能薄膜,是目前产业面临的首要问题,也是我国薄膜产业未来的发展方向。
功能薄膜具有非常明显的交叉学科特点,涉及高分子、精密机械、电脑辅助分析、光学设计等,在我国战略新兴产业中扮演重要的角色。
功能性薄膜约占薄膜总产量的5%,然而市值却占接近15%,毛利率是普通薄膜的5-7倍,下图为2014年我国功能薄膜产业规模和利润情况:
功能薄膜的高附加值吸引了越来越多厂商投资进入,造成产能过剩,尤其在光学薄膜领域。而在食品包装(目的:延长保鲜)、服装纺织(目的:多孔性排湿保暖)、农业薄膜(目的:阻隔有害光)、生物可分解、医疗、生化等在国外已是先期研究及开发的产品,国内仍具有很大差距。
目前国内具有规模的企业,其高规格的功能性薄膜生产设备仍大多整套系统来自国外大厂,业者只学会使用及操作技术,对于各部分单元并不了解,在使用上有许多受限,例如塑料性质一旦改变,薄膜品质即受到影响;后续维修方面更受制于原厂,增加很多时间及成本。
国内制备制造商不少,但对于高分子性质往往不甚了解,也缺乏电脑辅助分析的能力,因为在设计上大多仍以经验及参考国外产品为主,对于精密系统的设计整合能力不足。因此如何协助国内业者了解高分子特性,提高设计能力,不只可提高竞争能力,也能够有能力承接国外设备后续的维护及更新,才能够落实技术本土化的目标。
高机能薄膜应用分类
隨著老龄化社会的来临,适合超高龄者使用、个别包装、高阻隔、高机能成为发展方向。
是一种能防止液体穿透又能将湿气排出,使用时内部不会发生结露而导致湿冷不舒服之状况。材料以PTFE、TPU、聚酯为主。
1PET透湿防水薄膜
其优点为轻薄、伸长率好、加工性更佳、不易黄化、无孔特性没有堵塞问题,透湿功能寿命可达10年以上。并且可回收熔融成再生料,降低环境负担而不牺牲功能、质量、设计,此为不可多得之附加效益, 消费性产品的生态循环也为此材料带来竞争力。
全球透气防水贴合材料非常著名的Sympatex® 属聚酯贴合薄膜材料,用于针梭织布料贴合十分普遍,杜邦公司的Hytrel®也属于此类材料。
2PTFE透湿防水薄膜
其产品对于环境影响重大,生产聚四氟乙烯过程中使用的原料之一全氟辛酸铵(PFOA)具有致癌作用。该成分之薄膜无法分解,需燃烧350℃以上才可熔融,且剥蚀物可令鸟致死,并可使人产生类似流感的症状。在环境保护的政策下,该类产品使用率逐渐受到已开发国家之限制。而疏水性材质,使用者长时间穿着时,服饰内层会产生结露现象,造成使用者穿着的不适感。
PTFE(Gore-tex)薄膜其制程需使用有机溶剂,且为有孔性薄膜,会因孔洞堵塞而降低透湿功能。
3TPU透湿防水薄膜
为无孔质具亲水基之薄膜,加工性良好,但仍稍不及聚酯系薄膜,且该产品在大陆已有多家厂商相继生产,利润和未来性与当年相比已衰退许多。
开发实例
以软包装材料为例,进行以下各步骤的说明及考量重点
多层膜的应用
如何进行各层塑料的搭配选择
多层膜的层厚设计
如何进行共挤押加工
界面特性分析
界面不稳定现象的发生原因解析
阻隔性
选择性的渗透
避免损坏;如耐穿刺、抗撕裂强度、冲击强度和模量、良好的低温韧性
热封性
在高速包装下的机械加工性;如薄膜弹性系數、膜厚度、密封性能好、摩擦系數低
对消费者的吸引力
以apple sauce cups为例:
拉伸强度
穿透阻力:阻隔性
黏着性,与其他塑料薄膜的贴合
光学性;透明度、表面光泽
成型性;加工性
机械性;耐摩、耐刮、耐冲击
经济性;成本
PP:耐热、耐摔、安全、阻湿性佳、与EVOH加工温度相近、加工性佳
EVOH:阻氧气性特优,与PP加工温度相近
PP-g-MAH:因PP与EVOH不相溶,必须加入黏着层,选择PP-g-MAH能黏着PP层与EVOH层
层厚设计需要考虑:穿透阻力(阻隔性)是否够?机械性质(耐摩、耐刮、拉伸强度、穿刺、冲击)是否足够?以及经济性和成本。
1收集塑料物性资料
2计算适当厚度
假设
膜的氧气穿透率(OTR)要求<0.02(cm3/100in2/day/atm)
膜的湿气穿透率(MVTR)要求<0.5(g/100in2/day/atm
膜的冲击强度0.025J
3决定膜的各层厚度
由于共挤押每层膜厚会有偏差约3~5%,且EVOH吸水性太高,不宜放在外层,故采A/B/A方式设计,由于PP与EVOH不相溶,须加上黏着层TL(PP-g-MAH),因此以PP/TL/EVOH/TL/PP为膜的主结构,层厚设计为30/10/20/10/30,总厚度为100um。
4计原料成本概算
在即将于11月10-11日举办的2015功能薄膜加工应用研讨会上,台湾高雄应用科技大学研发长黄俊钦教授将有关于功能薄膜开发应用的详细报告。
其他的部分内容包括:
我国功能薄膜产业市场调查概况
终端应用和发展前景
加饰薄膜技术分析:原料、基材、薄膜结构、工艺制程...
加饰薄膜行业分析:生产企业、应用领域、市场动向...
功能性加饰薄膜结构、制程、应用:柔软触感、自修复...
共押多层功能性薄膜的塑料选择、制程、螺杆及模头设计、常见问题解析、改善对策
功能性多层膜开发、制程、应用
市场投入评估、市场规模、竞争厂商
窗膜产业现状及未来发展:汽车膜、建筑膜、安全膜...
不同窗膜材料、结构、生产工艺、性能指标、市场应用.
Slot Die涂布技术最新进展
铝塑复合膜:市场分析、材料、结构、制程
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来源:网络