Właściwości folii

Grubość folii, cechy powierzchniowe w metodach druku, kurczenie, przezroczystość, jednorodność i płaskość, udarność i sztywność, wytrzymałość temperaturowa oraz parametry barierowe to najbardziej istotne właściwości folii m.in. opakowaniowych. Dlatego warto je przybliżyć.

Grubość folii i wahania grubości
Grubość folii jest ustalana w kalandrze poprzez dostawienie wałków. Grubość folii opakowaniowych zwykle mieści się w zakresie od 100 do 800 mikronów. W trakcie trwania procesu produkcji jest mierzona radiometrycznie, natomiast w laboratorium mechanicznie miernikiem grubości z powierzchniami stykowymi pod określoną siłą docisku.

Różnice grubości mogą pojawić się w kierunku poprzecznym i wzdłużnym oraz diagonalnym. Różnice w kierunku poprzecznym są generalnie regulowane przez systemy kompensacyjne istniejące w urządzeniu. Profil grubości jest polepszany poprzez takie środki, jak „bombaż wałkowy”, „roll bending” i „ograniczanie wałków” oraz urządzenia nadmuchowe. Różnice w kierunku wzdłużnym powstają z reguły w wyniku zbyt dużego luzu w łożyskach wałków kalandrujących, błędów w ruchu obrotowym lub wahań prędkości od ostatniego wałka kalandrującego.

Niezależnie od powyższego przyczyną mogą być również zróżnicowane obciążenia w szczelinie międzywałkowej. Ponadto mogą wystąpić tak zwane smugi płynięcia - liniowe zgrubienie ukośnie do kierunku biegu. Ze względu na różne załamywanie światła wzniesienia o grubości ok. 10 mikronów wpływają na optyczną jakość folii. Smugi płynięcia powstają w wyniku niejednorodności polimerowego stopu przed wałkami (Knet), którego przyczyną są z kolei wahania przepustowości i różnice temperatur. Obecne graniczne wartości dla wahań grubości różnych typów zastosowań wynoszą dla kalandrowanych folii z twardego PVC od 3 proc. do 10 proc. Z własnych wyników badań wynika, że różnice grubości są praktycznie niezależne od receptury.

Właściwości powierzchniowe w metodach druku
Folie z twardego PVC służą w zasadzie do produkcji druków o powierzchniach błyszczących, matowych i tłoczonych. Taką postać powierzchni uzyskuje się poprzez matową lub błyszczącą powierzchnię wałków i oddzielne urządzenie do wytłaczania, środki matujące w recepturze oraz prowadzenie temperatury na ostatnich wałkach kalandrujących i na wyjściu. Jednorodność powierzchni ma decydujące znaczenie zwłaszcza dla folii drukowych, ponieważ musi wykazać specyficzne właściwości dla różnych metod druku. Do sitodruku i druku offsetowego UV przeznaczone są folie błyszczące, matowe i tłoczone. W druku offsetowym farbami schnącymi oksydacyjnie stosuje się w szczególności folie matowe, a we wklęsłodruku przede wszystkim folie błyszczące.

Kurczenie folii
Kurczeniem nazywamy zmianę długości i szerokości folii wskutek działania ciepła. Na kurczenie mogą wpływać takie właściwości jak: prowadzenie temperatury i prędkości na wyjściu za kalandrem, dodatki wpływające na temperaturę szkła, dodatki wpływające na rozciąganie oraz środki konstrukcyjne mające na celu zmniejszenie relaksacji.

Przyczyna kurczenia leży w rozciąganiu się folii powyżej tak zwanej temperatury szkła, wyznaczającej relatywnie wąskie pasmo przejściowe pomiędzy twardością a elastycznością. W wyniku rozciągania łańcuchy cząsteczkowe zostają zorientowane, a następnie „zamrożone” po schłodzeniu poniżej temperatury szkła. Przy późniejszym ponownym podgrzaniu powyżej temperatury szkła zamrożone naprężenia są ponownie uwalniane, a łańcuchy cząsteczkowe odzyskują swoją pierwotnie istniejącą konfigurację. Powstające przy tym siły przywracające cofają początkową deformację.

Przezroczystość
Ważną optyczną właściwością folii jest transparencja. Charakteryzuje ona przezroczystość folii i tak zwaną dokładność konturów, to znaczy rozpoznawalność znajdujących się za folią konturów np. materiałów opakowaniowych czy charakteru pisma. Wpływ na transparencję ma postać receptury, powierzchnia ostatnich wałków kalandrujących i pierwszych wałków odprowadzających oraz prowadzenie temperatury tych wałków. Błędy folii, zmniejszające transparencję to np. wspomniane wcześniej smugi płynięcia, prowadzące jako krótkofalowe wahania grubości do zniekształceń optycznych.

Jednorodność i płaskość folii
Jako jednorodność folii rozumiemy równomierność określonych optycznych i mechanicznych właściwości folii, mających szczególne znaczenie dla procesów obróbki, jak np. orientowanie przez rozciąganie, drukowność czy ciągnienie głębokie. Różnice temperatur na szerokości wałków i w kierunku obrotu wałków powodują zmiany grubości w postaci błędów płaskości, wskutek czego przykładowo arkusze formatowe nie leżą równo lub rolują się przy odwijaniu, odchylenia od kierunku wzdłużnego, zwanego szablą lub biegiem arkusza.

Takie różnice temperatur mogą prowadzić również do rozszerzenia się folii wszerz, dokładnie tak, jak różne procesy rozszerzalnościowe, wskutek nierównoległości poszczególnych wałków i błędów biegu obrotowego wałków. Błędy te oddziaływają w pierwszej kolejności na krawędzie wstęgi foliowej, w skrajnych sytuacjach użytki folii na krawędzi nie są przydatne do dalszej obróbki. Zbyt duże spektrum czasu przebywania wskutek niekorzystnych procesów strumieniowych w agregacie plastyfikacyjnym lub w pierwszej szczelinie między wałkami również prowadzą do silnie zróżnicowanych obciążeń termicznych części folii i powodują różny rozpad termiczny. Wynikająca stąd niejednorodność struktury cząsteczkowej powoduje zróżnicowanie wytrzymałości przy rozciąganiu i zginaniu folii. Może to prowadzić np. do rozerwania lub powstawania dziur przy rozciąganiu poprzecznym folii.

Udarność i sztywność
Podczas obróbki i użytkowania folie często są narażane na uderzenia mechaniczne. Opór, jaki folie stawiają takim obciążeniom, jest nazywany udarnością. Z reguły rozróżnia się folie kruche, półudarnościowe, udarnościowe i wysokoudarnościowe.

Udarność jest zmieniana poprzez odpowiednie modyfikatory udarności, jak MBS, CPE, ABS czy akrylat. Ich działanie jest tym większe, im wyższy jest współczynnik przenikania ciepła danego PVC. Optymalna plastyfikacja i kalandrowanie odnośnie jednorodności i reżimu temperaturowego są również znaczące dla ustalenia określonej udarności.

Sztywność folii zależy od jej modułu sprężystości i grubości. Na przykład folię z PVC trzeba byłoby zastąpić folią PP o 1,3-krotnej grubości, by uzyskać taką samą wytrzymałość na zginanie, jaką ma folia PVC.

Wytrzymałość temperaturowa (Vicat)
Dla obróbki i możliwości stosowania folii w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym ważne znaczenie ma wytrzymałość termiczna. Przykładem są np. folie do wykonywania naczyń przeznaczonych do kuchenek mikrofalowych oraz do wykonywania przedmiotów poddawanych procesom sterylizacji. Ilustracja 6 przedstawia tak zwane temperatury mięknienia Vicat dla różnych polimerów. Dla takich profili właściwości wybitnie nadają się poliwęglany.

Właściwości barierowe
Im wyższe działanie barierowe folii, tym mniejsza jej przezroczystość (przenikalność) wobec określonych mediów. Działanie barierowe ocenia się na podstawie przepuszczania objętości gazu, tzw. „przepuszczalność gazowa” lub ilości wagowej pary, np. „przepuszczalność pary wodnej”, przechodzącej w ciągu dnia przy ustalonym spadku ciśnienia gazu lub pary przez metr kwadratowy folii o określonej grubości.