LDPE vs HDPE in Blown Film-Extrudern: Welches Material ist besser?

Verarbeitungsverhalten in Blasfolienextruder : Schmelzfluss, Blasestabilität und Implikationen für die Schraubengestaltung

Schmelzviskosität, Temperaturempfindlichkeit und Scherreaktivität während der Extrusion

Beim Blasfolienextrudieren bei den üblichen Temperaturen zwischen 180 und 230 Grad Celsius fließt LDPE einfach besser als HDPE, da es eine niedrigere Schmelzviskosität aufweist. Das bedeutet, dass sich das Material reibungsloser durch das System bewegt und die Motoren weniger belastet werden. Außerdem zeigt LDPE eine äußerst nützliche Scherverdünnungseigenschaft, die die Verarbeitung bei hoher Scherbelastung im Bereich der Düse erleichtert. Im Gegensatz dazu weist HDPE einen deutlich höheren Schmelzindex von etwa 20 Gramm pro 10 Minuten auf, verglichen mit weniger als 1 Gramm pro 10 Minuten bei LDPE. Das bedeutet im Wesentlichen, dass HDPE im geschmolzenen Zustand steifer ist und daher leistungsstärkere Antriebe sowie eine sorgfältige Temperaturführung erfordert. Sobald man die 210 Grad Celsius überschreitet, wird HDPE sehr schnell anspruchsvoll. Thermische Degradation wird zu einem ernsthaften Problem, weshalb eine stabile Tempersteuerung der Zylinder und der Düse von großer Bedeutung ist, um Probleme wie Gelbildung oder oxidative Zersetzung, die die Materialqualität beeinträchtigen, zu verhindern.

Frostlinie-Kontrolle und Blasestabilität: Warum LDPE eine größere Betriebsbreite bietet

Die langsamere Kristallisierung von LDPE gibt den Betreibern mehr Spielraum bei der Anpassung der Frostlinie, was für die Stabilität der Blasen und die gleichmäßige Dicke während der gesamten Produktion sehr wichtig ist. Da LDPE länger dauert, bis es sich verfestigt, kann es eine Veränderung der Kühlgeschwindigkeit um etwa 15% bewältigen, ohne dass Probleme wie Zugresonanz oder Blasenzusammenbruch auftreten. HDPE funktioniert jedoch anders. Es härtet viel schneller, also sind kleine Änderungen viel wichtiger. Selbst eine 8%ige Verschiebung der Einstellungen des Luftringes oder der Kühlrollentemperatur kann den gesamten Prozess beeinträchtigen. Diese Unterschiede haben reale Auswirkungen auf die kommerzielle Produktion. Wenn sich die Frostlinien während der HDPE-Verarbeitung unvorhersehbar bewegen, können die Dickenänderungen um über 12% steigen. LDPE bleibt bei der Spannweite sehr viel gleichbleibender, was für dünne landwirtschaftliche Filme, bei denen eine gleichbleibende Lichtdurchlässigkeit und eine angemessene mechanische Eigenschaft unbedingt erforderlich sind, den Unterschied ausmacht.

Das Paradox der Schmelzfestigkeit von HDPE: Wenn höhere Festigkeit eine modifizierte Schneckengeometrie erfordert

HDPE hat eine hohe Zugfestigkeit, wenn es in fester Form ist, aber wenn es für die Blasfilmausdruckung geschmolzen wird, verursacht seine geringe Elastizität alle möglichen Probleme mit der Stabilität der Blasen. Es gibt ein Schlaffeln, es gibt diesen lästigen Hals-in-Effekt, und manchmal platzen die Blasen einfach, bevor sie sollten. Um diese Probleme zu beheben, müssen die Hersteller der Extruder-Schrauben sehr genau achten. Die meisten Anlagen haben Barriere-Schrauben mit einem Kompressionsverhältnis von etwa 3:1, gepaart mit speziellen, gerilten Futterfassern, die speziell für die HDPE-Verarbeitung hergestellt wurden. Diese Einrichtungen helfen wirklich, die Schmelzeffizienz zu steigern und eine bessere Homogenität in der Schmelzmischung zu erzielen, eine Verbesserung von etwa 40%. Sie halten den Druck stabil, damit die Leistung nicht plötzlich steigt. Wenn Unternehmen diese Änderungen überspringen, müssen sie sich am Ende mit riesigen Mengen Schrottmaterial aus gescheiterten Blasen befassen. Die Schrottquote kann in einigen Fällen sogar 30% erreichen. Die richtige Schraube zu wählen ist also nicht nur etwas Schönes, es ist absolut wichtig für jeden, der sich ernsthaft darum kümmert, hochwertige HDPE-Filme zu produzieren, ohne Tonnen von Rohstoffen zu verschwenden.

Mechanische und funktionelle Film-Eigenschaften: Wie Dichte und Kristallinität die Endnutzungsleistung beeinflussen

Die DichteKristallinitätFlexibilitätsbeziehung zwischen LDPE- und HDPE-Gehalten

Die lange Verzweigung in LDPE behindert die Kristallbildung und erzeugt viele amorphe Bereiche, die es sich recht weit ausstrecken lassen (ca. 500 bis 700 Prozent) und die Aufprallkraft ziemlich gut absorbieren. HDPE hat eine gerade Kettenstruktur, die es ermöglicht, Moleküle eng zusammenzubringen, was es insgesamt stärker macht, aber nicht so gut beim Dehnen vor dem Bruch (in der Regel nur etwa 10 bis 120 Prozent Dehnung) macht. Aufgrund dieser unterschiedlichen Eigenschaften werden sie bei der Blasfolie-Extrusion für verschiedene Zwecke verwendet. LDPE ist überall in Dehnungsfolie und diese bilden Fülldichtungen, weil es sich an die Form anpassen muss, die es umhüllt, während es unter Belastung hält. HDPE hingegen findet seinen Platz in Dingen wie Waschmittelbehältern und schweren Industrieausrüstungen, wo das Material seine Form auch bei Belastung mit Stoffen beibehalten muss.

Ausgleichswerte für Zugfestigkeit, Durchstoßfestigkeit und Härte in Verpackungsfolien

Der Grad der Kristallinität bestimmt im Wesentlichen, wie sich diese Materialien unter Belastung verhalten. Polyethylen mit hoher Dichte weist eine dichte kristalline Struktur auf, die ihm eine etwa viermal höhere Zugfestigkeit verleiht als Polyethylen mit niedriger Dichte (rund 30–40 MPa gegenüber nur 8–20 MPa). Außerdem widersteht es Durchstichen deutlich besser, was besonders wichtig ist, wenn sich scharfe Gegenstände innerhalb der Verpackung befinden. Umgekehrt enthält LDPE mehr amorphe Bereiche, in denen sich die Polymerketten bei Stößen aneinander vorbeibewegen können. Das bedeutet, dass LDPE Stöße besser abfängt als HDPE, mit einer Schlagzähigkeit, die etwa das Doppelte von HDPE beträgt. Deshalb wird LDPE häufig für robuste Versandtaschen verwendet, die während des Transports herumgeschleudert werden. HDPE hingegen bleibt starr genug, um zu verhindern, dass Chemikaliendrums nach außen wölben, und gewährleistet auch bei längerem Innendruck zuverlässige Dichtungen. Bei der Auswahl zwischen diesen Kunststoffen müssen Hersteller überlegen, welcher Art von Beanspruchung ihr Produkt am häufigsten ausgesetzt sein wird – ob Zugkräfte, plötzliche Stöße oder langsame Verformung über längere Zeiträume.

Anwendungsorientierte Materialauswahl: Abstimmung von LDPE oder HDPE auf reale Blasfolienextrusionsleistungen

LDPE-Dominanz in Agrarfolien: Klarheit, Flexibilität und Siegeldichtigkeit für Gewächshausanwendungen

Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE) bleibt das bevorzugte Material für Gewächshausabdeckungen und landwirtschaftliche Mulchfolien, da es mehrere wichtige Eigenschaften vereint, die gut zusammenwirken. Mit einem MFI-Bereich von 0,2 bis 2,0 Gramm pro 10 Minuten gemäß ASTM-D1238-Norm ermöglicht LDPE Herstellern, dünne Folien mit einer Dicke von nur 0,02 mm zu produzieren, ohne während der Extrusion Schmelzerissbildung zu erleiden. Dies führt zu Folien, die über 90 % des verfügbaren Lichts durchlassen, bei gleichzeitig guter Klarheitskontrolle, wodurch Pflanzen besser wachsen können, da sie optimalen Zugang zum Sonnenlicht erhalten. Zudem bietet LDPE eine hohe Flexibilität und kann bei relativ niedrigen Temperaturen zwischen 110 und 125 Grad Celsius verschweißt werden. Diese Eigenschaften sorgen dafür, dass Nähte auch unter wechselnden Witterungsbedingungen und mechanischer Beanspruchung stabil bleiben, was LDPE ideal macht für die Abdeckung von Gewächshäusern, die starkem Wind ausgesetzt sind, oder für die Herstellung von Mulchfolien, die die Bodenfeuchtigkeit speichern. All diese Vorteile ergeben sich aus der inhärenten Struktur der LDPE-Moleküle und haben sich immer wieder in der kommerziellen Produktion bewährt, wo geeignete Verarbeitungstechniken auf die Fließeigenschaften des Materials abgestimmt sind.

HDPE-Vorteile bei Industrieauskleidungen und schweren Säcken: Steifigkeit, chemische Beständigkeit und Lasttragfähigkeit

Polyethylen hoher Dichte zeichnet sich besonders in industriellen Anwendungen aus, bei denen Formbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber rauen Umgebungen erforderlich sind. Das Material weist eine Kristallinität von etwa 70 bis 80 Prozent auf, was ihm eine beeindruckende Zugfestigkeit von über 30 MPa verleiht. Dies bedeutet, dass HDPE-Auskleidungen und -Säcke problemlos Gewichte von etwa 50 Kilogramm tragen können, ohne nachzulassen oder sich im Laufe der Zeit zu verformen. Was HDPE so besonders macht, ist die dichte Anordnung seiner Moleküle in langen Ketten. Diese Struktur verleiht ihm eine hohe Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von Chemikalien, einschließlich Lösungsmitteln, Säuren und Laugen. Prüfungen nach dem Standard ASTM D543 haben diese Beständigkeit bestätigt, was erklärt, warum Hersteller HDPE bevorzugt für die Auskleidung von Chemikalienlagertanks und die Verpackung gefährlicher Stoffe verwenden. Bei der Herstellung mittels Blasfolien-Extrusionsanlagen mit geeigneten Sperrschnecken und kontrollierten Luftringen entstehen HDPE-Folien mit einer Dicke zwischen 0,05 und 0,2 Millimetern und gleichmäßiger Wandstärke. Diese Folien bleiben auch unter Belastung stabil und reißen nicht leicht an rauen Oberflächen oder scharfen Gegenständen, wodurch sie sich ideal als Baustellenabsperrungen und für Behälter mit großem Volumen eignen.