- Poiché la domanda di imballaggi sostenibili continua a crescere, i compositi che combinano fibre vegetali naturali con polimeri biodegradabili stanno attirando sempre più attenzione come una nuova classe di materiali da imballaggio. Il bambù è ampiamente disponibile e rinnovabile e l’incorporazione della polvere di bambù nelle resine biodegradabili offre un’alternativa ai tradizionali imballaggi in plastica.
- I composti riempiti di bambù, tuttavia, si comportano diversamente dalle materie prime plastiche standard durante la lavorazione. La compatibilità fibra-polimero, il comportamento di fusione e plastificazione del composto e la stabilità della formazione del foglio influiscono tutti sulla qualità del prodotto da imballaggio finale. La lavorazione dei compositi di bambù modificati in fogli che garantiscono prestazioni affidabili nella termoformatura sotto vuoto è quindi un passo fondamentale verso l’applicazione pratica.
- Per soddisfare questi requisiti di lavorazione, JWELL Machinery (Haining) Co., Ltd. ha sfruttato la propria esperienza nella produzione e ingegneria di apparecchiature per l'estrusione di lastre per adattare la configurazione dell'estrusore e le impostazioni del processo per i compositi biodegradabili a base di bambù. Il lavoro ha esplorato l'estrusione di fogli e la formatura sotto vuoto per questi materiali e ha portato allo sviluppo di un contenitore alimentare biodegradabile monouso a base di bambù per l'imballaggio di alimenti freschi.
- Combinando la preparazione del composito di bambù, l’estrusione di lastre e la termoformatura sotto vuoto, il progetto dimostra un percorso dalla lavorazione della materia prima al prodotto di imballaggio finito per questa nuova classe di compositi di biomassa.
Dalla polvere di bambù al composto biodegradabile: la modifica della materia prima come punto di partenza
La composizione della polvere di bambù con polimeri biodegradabili come PLA e PBAT crea nuove opzioni di materiali per l’imballaggio. Le fibre vegetali naturali, tuttavia, sono idrofile e non sono completamente compatibili con alcune matrici polimeriche. Una semplice miscelazione può portare all'agglomerazione della polvere, a una scarsa dispersione e a una maggiore fragilità, che a loro volta influiscono sulle prestazioni di lavorazione e sulla qualità del prodotto finale.
La materia prima del bambù necessita quindi di un trattamento adeguato prima dell’estrusione del foglio e il suo legame con la matrice polimerica deve essere migliorato attraverso la modifica del composto.
La preparazione del materiale front-end in questo progetto prevede i seguenti passaggi:
- Lavorazione delle materie prime: la polvere di bambù viene macinata alla finezza richiesta per prepararla alla composizione.
- Modifica superficiale: la polvere di bambù viene sottoposta ad attivazione superficiale per migliorare il legame interfacciale con il polimero biodegradabile.
- Formulazione e miscelazione: la polvere di bambù modificata è dosata con resine biodegradabili come PLA e PBAT in base ai requisiti del materiale e della lavorazione.
- Composizione e pellettizzazione: un estrusore bivite scioglie, miscela e disperde i componenti per produrre pellet compositi a base di bambù per l'estrusione di fogli a valle.
Dopo la modifica e la composizione, il componente di bambù entra nella lavorazione del foglio sotto forma di pellet, fornendo la base della materia prima per l'estrusione continua.
Sistema di estrusione: configurazione ottimizzata per compositi di bambù
- Dopo la compoundazione, il materiale deve essere ulteriormente trasformato in foglio continuo adatto alla termoformatura sotto vuoto.
- Rispetto ai pellet di plastica convenzionali, i composti biodegradabili riempiti di bambù pongono requisiti diversi in termini di capacità di plastificazione, ventilazione e controllo dei parametri di lavorazione. L'estrusore non deve solo plastificare completamente il materiale, ma anche gestirne la storia termica, la stabilità della fusione e la produzione continua.
- Per questo progetto, JWELL Machinery (Haining) Co., Ltd. ha utilizzato un processo di estrusione di fogli a vite singola e ha ottimizzato di conseguenza il design della vite.
Il flusso di processo principale è:
Pellet composto di bambù
fusione e plastificazione monovite
estrusione con matrice piatta a gancio
raffreddamento e formatura a tre rulli
avvolgimento del foglio
- L'estrusore è dotato di una vite ventilata. La regolazione coordinata della geometria della vite e delle condizioni di lavorazione migliora la plastificazione e lo sfiato per adattarsi ai composti biodegradabili riempiti di bambù.
- Con i compositi contenenti componenti vegetali naturali, la geometria della vite, il controllo della temperatura, la velocità della vite e la resa devono essere abbinati con attenzione. La regolazione della struttura dell'apparecchiatura e dei parametri di processo supporta la conversione stabile del composto in un foglio continuo. La piattaforma di estrusione di lastre di JWELL può anche essere configurata con configurazioni a vite singola o doppia vite parallela, a seconda della formulazione, del carico di bambù e della capacità richiesta.
Dalla fustella all'unità a tre rulli: formazione foglio e controllo spessore
- Dopo la fusione e la plastificazione, il materiale entra in una trafila piatta del tipo a gancio, dove i canali di flusso lo distribuiscono in un foglio continuo.
- La matrice è un componente chiave che influenza la distribuzione trasversale dello spessore e la formazione della lamiera. Per i composti riempiti di bambù, le condizioni di estrusione devono essere adattate al comportamento del flusso del materiale in modo che la massa fusa passi stabilmente attraverso lo stampo e formi un foglio uniforme e continuo.
- Il foglio entra quindi in un'unità a tre rulli per il raffreddamento, la calandratura e l'impostazione.
- L'unità a tre rulli raffredda il foglio e controlla lo spessore attraverso l'interazione dei suoi rulli. Durante la produzione, la temperatura del rullo, la distanza tra i rulli e la velocità della linea devono essere regolati per adattarsi al materiale e per ottenere le condizioni del foglio richieste per l'avvolgimento e la successiva termoformatura sotto vuoto.
- Dopo il raffreddamento e la presa, la lastra viene avvolta e passa alla termoformatura sotto vuoto.
- Dalla plastificazione a vite singola all'estrusione con matrice piatta fino al raffreddamento e al fissaggio a tre rulli, ogni fase deve essere configurata in linea con le caratteristiche del composito. Questo coordinamento è fondamentale per la produzione continua di fogli da nuovi compositi di biomassa.
Guarda una linea di produzione di estrusione di lastre in funzione
Dall'estrusione di lastre alla termoformatura sottovuoto: contenitori per alimenti a base di bambù
- Per i produttori di imballaggi, l’estrusione delle lastre non riguarda solo il processo produttivo; la lastra deve inoltre soddisfare i requisiti della successiva termoformatura.
- Dopo aver preparato il foglio biodegradabile a base di bambù, è stata utilizzata la termoformatura sotto vuoto per convertire il foglio continuo in contenitori alimentari monouso per l'imballaggio di alimenti freschi.
- I contenitori hanno una forma rettangolare e un colore bambù naturale con superficie opaca. Combinano leggerezza e resistenza strutturale e sono destinati al confezionamento di verdure, carne e altri prodotti alimentari freschi.
- Lo spessore della lamiera varia attualmente da 0,05 a 1,00 mm e può essere selezionato in base alla struttura del prodotto e ai requisiti applicativi.
Guarda il contenitore per alimenti biodegradabile a base di bambù finito
Dai pellet composti al foglio continuo e poi all’imballaggio tridimensionale attraverso la formatura sotto vuoto, i compositi biodegradabili a base di bambù sono passati dalla lavorazione della materia prima all’uso finale, aprendo una nuova direzione per le fibre vegetali naturali nell’imballaggio alimentare.
Dallo sviluppo all'applicazione: lavoro continuo sulla lavorazione dei compositi di bambù
- Lo sviluppo di un prodotto di imballaggio biodegradabile a base di bambù non è il lavoro di una singola macchina o fase del processo. Implica il trattamento delle materie prime, la modifica del composto, l'estrusione e la lavorazione a valle.
- Dal lavoro di formulazione iniziale alla modifica della superficie della polvere di bambù e alla composizione, fino all'estrusione di lastre e alla termoformatura sotto vuoto, le condizioni di lavorazione devono essere regolate continuamente per adattarsi al materiale.
- In questa catena, il sistema di estrusione della foglia costituisce l'anello di congiunzione tra il composito e il prodotto da imballaggio finito. La capacità di plastificazione, lo sfiato, la configurazione dello stampo, il raffreddamento e l'impostazione influiscono tutti sulla qualità della lastra e sulle prestazioni di formatura a valle.
- JWELL continua a perfezionare le apparecchiature e i processi di estrusione di fogli per PLA, PBAT, compositi riempiti con biomassa e altri nuovi materiali di imballaggio.
- Configurando le attrezzature e adattando i processi alle diverse caratteristiche delle materie prime, JWELL aiuta i produttori di imballaggi ad espandere le loro opzioni di estrusione di lastre e a spostare nuovi compositi dallo sviluppo della formulazione alla produzione.
Domande frequenti
D: Quali problemi possono verificarsi quando si termoforma sotto vuoto un foglio riempito di bambù?
R: I problemi più comuni includono cedimenti irregolari durante il riscaldamento, allungamenti eccessivi localizzati, distribuzione irregolare dello spessore delle pareti e una struttura visibile di particelle di bambù sulla superficie. Questi sono solitamente legati all’uniformità dello spessore della lamiera, alla distribuzione della temperatura di riscaldamento e alla duttilità del materiale. Il controllo della tolleranza dello spessore della lamiera, la corrispondenza della curva di riscaldamento e la regolazione della formulazione per la profondità di formatura possono migliorare le prestazioni di termoformatura.
D: Da dove deriva il vantaggio in termini di costi del foglio biodegradabile riempito di bambù?
R: Essendo un riempitivo naturale, la polvere di bambù in genere costa meno per unità rispetto alle resine biodegradabili come PLA e PBAT, quindi un determinato carico di riempitivo può ridurre il costo del materiale. Un maggiore carico di riempitivo, tuttavia, influisce sulla stabilità della lavorazione e sulle prestazioni della lastra, pertanto è necessario trovare un equilibrio tra la modifica a monte, la configurazione dell'estrusione e la formatura a valle. La realizzazione del vantaggio in termini di costi dipende dal modo in cui vengono abbinati la progettazione della formulazione, il caricamento del riempitivo e la configurazione dell'apparecchiatura.
D: In che modo la finezza e la provenienza della polvere di bambù influiscono sull'alimentazione e sulla qualità della superficie del foglio?
R: La polvere di bambù più fine si disperde in modo più uniforme ma ha una densità apparente inferiore, rendendo l'alimentazione più difficile e richiedendo un metodo di alimentazione corrispondente. Le particelle più grossolane tendono a creare una trama di particelle visibile sulla superficie del foglio, influenzando l'aspetto e la qualità della superficie. La polvere di bambù proveniente da diverse fonti può anche variare nel contenuto di umidità e nei livelli di impurità, quindi deve essere vagliata e controllata in base ai requisiti di formulazione prima della lavorazione.
D: La stessa linea di fogli può lavorare anche PET, PP e PS?
R: La piattaforma di estrusione di lastre di JWELL copre PET, PP, PS e altri sistemi di materiali, con configurazioni adattate alle caratteristiche di lavorazione di ciascun materiale. Quando i composti biodegradabili riempiti di bambù vengono eseguiti sulla stessa piattaforma, i parametri di vite, ventilazione e raffreddamento devono essere regolati di conseguenza. Ciò consente ai produttori di gestire sia materiali convenzionali che di origine biologica su un'unica piattaforma di apparecchiature.
Stai sviluppando un foglio biodegradabile riempito di bambù? Comunicaci il carico delle fibre, lo spessore target della lastra e i requisiti di termoformatura e il team di estrusione delle lastre JWELL potrà consigliare configurazioni di viti, disposizioni di ventilazione e parametri di tre rulli adatti.