吹膜和平膜挤出趋势报告

标题图 细川阿尔派生产单层至11层吹膜系统。图为5层系统的核心——膜管成型区 © Hosokawa Alpine

为了实现可持续发展，薄膜挤出设备必须对回收材料进行加工并生产可回收产品。单一材料产品和优化的工厂布局是目前的发展趋势之一。只要所有层都由同一类塑料制成，多层结构也不会产生回收难的问题。数字化仍然是主要的驱动力，因为数字化手段有助于解决这些需要攻克的难题。

经过两年的动荡不安，薄膜系统制造商终于看到了经济的积极发展。德国《Kunststoffe International》杂志根据龙头企业的采访对当前的行业现状做出了描述。

莱芬豪舍（Reifenhäuser）集团的首席战略官Ulrich Reifenhäuser表示：“除了新冠病毒造成了最初的不确定，行业最近十来个月的发展非常好。透气防护服的需求带动了非织造布领域的订单激增，薄膜领域也出现了增长。由于疫情的原因，人们对包装的需求——尤其是对食品、卫生用品和医疗器械的包装需求普遍增加。世界各地人们的卫生意识都在提高，而塑料薄膜能够有效防止病原体在各个地区进行传播。”

细川阿尔派股份公司的Holger Niemeier博士表示：“只有与价值链上的所有合作伙伴共同合作才能

克服软包装循环经济的挑战。” © Hanser/Schröder

布鲁克纳机械有限公司（Brückner Maschinenbau GmbH & Co. KG）的技术和物流首席运营官Michael Baumeister用具体数字对公司的业务发展进行了描述：“从我们获得的订单量来看，上一财年是公司历史上第二成功的财年。未来几年的前景也很乐观，因为我们的订单需求已经排到了2023年。”

细川阿尔派股份公司（Hosokawa Alpine AG）的薄膜技术主管和管理委员会成员Holger Niemeier博士也证实了这一积极趋势：“阿尔派几乎在所有市场都获得了大量的订单，预计2021年的财务业绩将很不错。”

威德霍尔公司（W&H）的订单情况同样良好。挤出技术销售总监Lennart Ederleh博士表示：“在新冠病毒疫情期间，挤出、加工和印刷三个部门的多元化经营对威德霍尔尤为有利。凭借多个国际服务中心和数字化解决方案，我们在封锁期间也可以为国外客户提供服务。威德霍尔是一家拥有150多年历史的家族企业，这也有助于提振市场信心。集团在2020年创造了9.28亿欧元的销售额，预计未来仍将保持良好的发展势头。”

近年来愈加重要的主题

回顾过去，我们可以发现研发部门目前正在努力的研究方向。可持续性是首要问题。 “效率是过去的一大问题，冷却也是长期以来提高生产力的一个关键点。”阿尔派管理委员会成员Niemeier博士说，“单一材料解决方案正在发挥越来越重要的作用，该领域的需求也已大幅增加。”

图1 在莱芬豪舍的EVO Ultra Stretch生产线上，PET层由拉伸PE代替。拉伸装置直接位于出料口上 ©莱芬豪舍

尽管公众对塑料行业施加的压力越来越大，莱芬豪舍仍将可持续性视作一个机会。 Ulrich Reifenhäuser表示：“我们不认为可持续发展转型是一种威胁，它反倒能帮助我们的客户平静地看待对可回收产品、回收材料比例和可生物降解塑料制品提出的更高要求，然后加快速度抓住利用可持续发展获得经济效益的机会。”

威德霍尔公司的Lennart Ederleh认为，数据交换和合作的开放性是另一个关键点：“在我们的行业中，每个人都注重工艺阶段并对其进行优化。在讨论循环经济时，我们必须拓宽视野，突破公司界限。我们要实现的是全局优化而不仅仅是局部优化。无论哪家公司开发了哪个解决方案，数据交换的开放性都至关重要。这里的关键是不仅要来回发送数据，而且要创建大量的数据。巧妙解读整个价值链中这些数据是关键。这正是我们的Ruby平台的用武之地。平台的这种透明度还具有可追溯性，例如验证薄膜的回收材料含量。”

产品亮点

阿尔派的产品涵盖单层至11层吹膜系统（标题图），并可选装纵向拉伸装置（MDO）。MDO还在今年经过了优化来获得更好的平整度。客户服务的内容还包括项目规划等。高性能AW系列薄膜卷绕机是该系列的新品。它能够在45秒内更换辊子，同时还具有许多便利的功能可用于实现高质量的辊子生产并提升工艺可靠性。

在吹膜领域，莱芬豪舍引入了EVO Ultra Stretch专利技术来制造适用于软包装的单一材料复合材料（全PE薄膜）（图1）。通过独家专用的PE，该薄膜可全部回收。Ultra Stretch拉伸装置的拉伸率提高了10倍，因此能够提升PE薄膜的机械性能，可用作PET的简单替代。制造商表示，拉伸单元直接位于吹膜系统的出料口上，因此该工艺稳定高效。薄膜在挤出后仍然温热，因此无需再次加热即可拉伸。

图2 布鲁克纳精于薄膜的双向拉伸。在Lisim同步拉伸工艺中，线性电机可在单次操作中

向两个方向拉伸薄膜 © Hanser/Schröder

单向、双向和同步薄膜拉伸技术是布鲁克纳的核心竞争力。该平膜系统制造商在1993年至1996年间开发了连续的Lisim同步拉伸工艺，它可以在单次操作中用线性电机向两个方向拉伸薄膜（图2）。这种成熟的技术非常可靠，能够提供优异的薄膜特性。

威德霍尔的一大产品亮点是Optimex II，这是一种适用于三至五层薄膜的吹膜系统，目前的工作宽度可达2.60米。Filmatic SII O薄膜卷绕机则是一个补充产品（图3）。这种模块化设计的接触式卷绕机的开发重点是最佳卷绕质量。此外还有许多技术进展，直观的操作界面得到了极大的重视。

图3 模块化设计的Filmatic II O接触式卷绕机的开发重点是最佳卷绕质量 ©威德霍尔

快速材料转换支持

莱芬豪舍专注于平膜领域的Mirex PET/PLA片材系统。如有必要，该系统可以方便快捷地转换为PLA加工系统。由于物理和机械性能的原因，生物基材料PLA极其适合用作PET基热塑性材料的持续替代。REItruder双螺杆挤出机技术支持直接挤出而无需预干燥，并且可加工大量添加剂和填料等。它已获得FDA的批准可用于食品行业。

布鲁克纳还寄希望于未来的柔性系统能够支持PE和PP材料之间的互换。其目标是充分利用设备，缩短转换时间。

灵活性和客户需求也是威德霍尔的重心。“威德霍尔与客户合作开发合理的系统来满足客户和市场的需求。我们从一开始就考虑到了后续发展以及市场变化，并将其纳入了规划之中。这也确保了产量最大化和我们未来的生存能力。”Lennard Ederleh说道。

数字平台需求旺盛

除了数字化，可持续性仍是未来的一大趋势。迄今为止，挤出行业的系统几乎都没实现真正的联网，它们只是在相互作用。因此，下一步应实现从ERP系统到设备和工艺再到产品的连续数据流。

从设备控制到全自动辅助系统和远程服务再到与ERP系统的完全集成，莱芬豪舍提供一系列广泛的现代生产设备数字化解决方案。

布鲁克纳也致力于在众多领域实施数字化。机器状态监测（MCM）、越来越多用于设备控制的辅助系统以及简易操作（EOP）都是该公司推出的薄膜拉伸系统的数字化功能实例，其中后者是“Brückner One”解决方案的一部分。“Brückner One”是一个数字平台，它为薄膜拉伸系统整个生命周期中的所有需求——包括其操作提供支持。该数字服务平台是所有新系统的标准配置，旧设备也可也进行改造。
威德霍尔推出的数字平台是Ruby Go和Ruby Gain。这些系统关联了在线和离线工艺数据，可对所有生产参数进行实时监控。

复合薄膜与可回收性

多层薄膜未来是否仍然是重要话题？或者随着可回收性变得愈加重要，这一趋势会逆转？接受调研的制造商对此都有明确的答案。阿尔派公司的Holger Niemeier表示：“这种多层结构并不会对回收造成问题。关键是它们是否使用了不同类别的塑料。事实上，多层结构能够让我们获得的一些特性，之前只能通过不同类别的塑料组合来实现。因此，多层结构与可持续性并不冲突。”

Ulrich Reifenhäuser持类似的观点：“多层薄膜并不代表不可回收。重点是它们使用的材料是否可以回收，或者最好只使用一种塑料。全PE多层吹膜就是一种完全可回收的单材料复合材料。”

Ulrich Reifenhäuser表示：“尤其是对大宗产品来说，在工厂布局方面应遵循‘少即是多’的原则。

无法为产品增值的方案只会增加投资成本并使工厂运作起来更加复杂。” ©莱芬豪舍

那么，使用回收材料是否还能保持较高的产品质量？阿尔派表示，这在许多应用中都是可以实现的，尽管回收材料当前并未用于所有应用。此外，回收材料的质量也是关键。“但是，对于某些特定应用来说，高质量回收材料仍然非常少。”Reifenhäuser补充说道。

系统工程要点

薄膜挤出属于批量生产，那么哪些因素可用于确保系统的未来效率？“为产品量身定制的工厂布局是最重要的因素。尤其是对表面镀金属涂层的薄膜等大宗产品来说，在工厂布局方面应遵循“少即是多”的原则。”Ulrich Reifenhäuser说道，“无法为产品增值的方案只会增加投资成本并使工厂运作起来更加复杂。”

在布鲁克纳，系统宽度和速度都是薄膜拉伸技术领域的关键因素。“这一点不仅适用于当今飞速发展的包装薄膜系统，也适用于专用系统。我们正在努力提高这两个值来实现更高的工厂效率。研发部门同时还在关注能源和原材料效率。”Baumeister解释道。

阿尔派正在开发第二个冷却环来提高性能等。“简化的系统操作是未来的趋势之一，这样子操作员可以一目了然地查看所有内容。”Niemeier说。

Lennart Ederleh表示赞同：“流程变得越来越复杂，找到一名熟练的操作员变得越来越难。因此，我们正在努力简化操作，方便客户轻松管理复杂的流程。”

未来更重要的是……

循环经济是首要趋势。从整合的角度来看，塑料薄膜是一种在包装领域——尤其是在气候保护方面具有巨大的可持续发展潜力的高性能产品。由于它与玻璃和金属等其他材料相比重量更轻，因此货物运输过程中的二氧化碳排放量更少，回收利用的能源需求也更低。但是，它的问题是塑料废弃物的高质量回收目前还不成熟。

布鲁克纳公司的Michael Baumeister表示：“单材料决定了这一趋势。通过在线涂层技术，

即使是单一结构也可以实现优异的阻隔效果。” © Hanser/Schröder

Ulrich Reifenhäuser表示：“要实现这一目标必须具备两个关键的前提：完全可回收的包装和高度发达的回收工艺。针对第一个前提，目前已有多个可回收包装解决方案可用。若要满足第二个前提，则需要对当前的废物流进行检查。即使是完全可回收的包装也常常无法准确分类来实现高质量回收。这就是可持续性和数字化这两大趋势的交汇点。所谓的数字产品护照可以通过自动记录塑料包装生产过程中与回收相关的特性来奠定高度发达的回收工艺的基础。然后，精确的信息沿着价值链传递，并且可以通过包装上的特殊标记（例如：数字水印和二维码）进行查阅。根据这些附加信息，废物分拣厂可以识别可回收包装并将其分为适合回收的纯净组分。

结合完全可回收的包装和来自数字产品护照的生命周期数据进行精确的废弃物管理是获得高质量回收材料、关闭回收循环并将价值链转变为价值循环的关键。”通过R-Cycle计划，莱芬豪舍正与其他合作伙伴一起致力于数字产品护照标准的开发。

Michael Baumeister在回答“未来什么更重要”的问题时说：“塑料和环境！布鲁克纳坚信，只要保持可持续性和再利用，未来仍然是塑料的世界。作为循环经济的一部分，塑料无可争辩的优势绝对可以与现代社会的可持续发展目标有效结合。布鲁克纳致力于生产具有高可回收性和低机器资源使用率的薄膜。从原料生产商到品牌商，这涉及整个价值链上多家合作伙伴的合作。R-Cycle和PrintCYCs项目就是极好的例子。”

Holger Niemeier认为未来合作非常重要：“只有与价值链上的所有合作伙伴共同合作才能克服软包装循环经济的挑战。一方面，我们的吹膜系统必须能够生产可回收薄膜，另一方面，它们必须能够对回收材料进行优化加工。因此，整个行业的相互合作才是关键挑战。我们需要在优化薄膜特性的同时最大限度地减少材料和能源的使用。”

首个具有阻隔功能的全PE薄膜的角逐

未来，全PE膜是否也能提供阻隔功能？目前，每个人都在朝着这一目标而努力。我们非常期待制造商将在2022年的K展上推出的新品。

挤出技术销售总监Lennart Ederleh博士说：“数据交换的开放性和突破公司界限都必不可少。” © W & H

威德霍尔公司的Lennart Ederleh说：“我们将推出一些可能具有一定阻隔功能的同质复合材料。它们同质但不是由单一聚合物制成；相反，同质且含有最多约5%的外来材料——这似乎也是当前的趋势之一。许多开发工作仍集中在这一领域。我们的目标是用低比例的外来材料来获得阻隔效果，从而能够包装需要隔氧层的食品。”
布鲁克纳也正朝着同一方向进行研究。“单一材料决定了这一趋势。通过在线涂层技术，即使是单一结构也可以实现优异的阻隔效果。”Baumeister说道。

结语

材料性能在过去就是一个关键话题。这一点基本上保持不变，只是侧重点有所不同。目前重要的是回收材料的性能，这些材料数量不足，质量欠佳，或价格不足以支撑经济加工。
许多原材料、系统和包装制造商正在密切合作使该行业适应未来的需求。新材料组合、可回收产品和节能系统正在一系列开发项目中进行研究。R-Cycle项目只是例子之一。
根据“少即是多”的原则，设备制造商需要提供易于操作的系统并且能够加工由少量不同类别的材料制成的薄膜。当然，它们还必须具有优异的性能。

本文翻译自KUNSTSTOFFE INTERNATIONAL杂志
作者：Susanne Schröder

来源：荣格-《国际塑料商情》

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