- 持続可能な包装に対する需要が高まるにつれ、天然植物繊維と生分解性ポリマーを組み合わせた複合材料が新しい種類の包装材料として注目を集めています。竹は広く入手可能で再生可能であり、生分解性樹脂に竹パウダーを組み込むことで、従来のプラスチック包装の代替品となります。
- ただし、竹を充填したコンパウンドは、加工中に標準的なプラスチック原料とは異なる挙動を示します。繊維とポリマーの適合性、コンパウンドの溶融および可塑化挙動、シート形成の安定性はすべて、最終的な包装製品の品質に影響を与えます。したがって、改良竹複合材を真空熱成形で確実に機能するシートに加工することは、実用化に向けた重要なステップとなります。
- これらの加工要件に対処するために、JWELL Machinery (Haining) Co., Ltd. はシート押出装置の製造とエンジニアリングの経験を活用し、押出機の構成とプロセス設定を竹ベースの生分解性複合材料に適合させました。この研究では、これらの材料のシート押出と真空成形を検討し、生鮮食品包装用の使い捨て竹ベースの生分解性食品容器の開発につながりました。
- このプロジェクトでは、竹複合材の調製、シート押出、真空熱成形を組み合わせることにより、この新しいクラスのバイオマス複合材の原料加工から完成した包装製品までの道筋を実証しています。
竹パウダーから生分解性化合物へ: 出発点としての原材料の改良
竹パウダーと PLA や PBAT などの生分解性ポリマーを配合することで、包装用の新しい材料オプションが生まれます。ただし、天然植物繊維は親水性であるため、一部のポリマーマトリックスとは完全に適合しません。単純に混合すると、粉末の凝集、分散不良、脆性の増大を引き起こす可能性があり、その結果、加工性能や最終製品の品質に影響を及ぼします。
したがって、竹原料はシート押出前に適切な処理が必要であり、化合物修飾によってポリマーマトリックスとの結合を改善する必要があります。
このプロジェクトのフロントエンドマテリアルの準備には、次の手順が含まれます。
- 原材料の処理: 竹パウダーを必要な細かさに粉砕し、配合の準備をします。
- 表面改質: 竹パウダーは表面活性化を受け、生分解性ポリマーとの界面結合を改善します。
- 配合と混合: 材料と加工の要件に応じて、改質竹パウダーと PLA や PBAT などの生分解性樹脂を配合します。
- 配合とペレット化: 二軸押出機で成分を溶解、ブレンド、分散させて、下流のシート押出用の竹ベースの配合ペレットを製造します。
改質および配合後、竹の成分はペレットの形でシート加工され、連続押出成形のための原料ベースとなります。
押出システム: 竹複合材料向けに最適化された構成
- 配合後、材料を真空熱成形に適した連続シートにさらに加工する必要があります。
- 従来のプラスチックペレットと比較して、竹を充填した生分解性コンパウンドは、可塑化能力、通気性、および加工パラメータ制御に関して異なる要求を課します。押出機は材料を完全に可塑化するだけでなく、その熱履歴、溶融安定性、連続生産量も管理する必要があります。
- このプロジェクトでは、JWELL Machinery (Haining) Co., Ltd. は単軸スクリューシート押出プロセスを使用し、それに応じてスクリュー設計を最適化しました。
主なプロセス フローは次のとおりです。
竹配合ペレット
シングルスクリューの溶解と可塑化
hanger-type flat die extrusion
3 ロール冷却成形
シート巻き
- 押出機にはベント付きスクリューが装備されています。スクリューの形状と加工条件を調整することで、可塑化と通気性が向上し、竹を充填した生分解性化合物に適合します。
- 天然植物成分を含む複合材料の場合、スクリューの形状、温度制御、スクリューの速度、出力を慎重に一致させる必要があります。装置構造とプロセスパラメータを調整することで、コンパウンドの連続シートへの安定した変換をサポートします。 JWELL のシート押出プラットフォームは、配合、竹の荷重、および必要な容量に応じて、単軸または平行二軸のセットアップで構成することもできます。
金型から3ロールユニットまで：シート成形と厚み制御
- 溶融して可塑化した後、材料はハンガー型のフラット ダイに入り、フロー チャネルによって連続シートに分配されます。
- ダイは、横方向の厚さ分布とシート形成に影響を与える重要なコンポーネントです。竹入りコンパウンドの場合、溶融物が安定してダイを通過して均一な連続シートを形成できるように、押出条件を材料の流動挙動に一致させる必要があります。
- 次に、シートは 3 つのロールユニットに入り、冷却、カレンダー加工、および固定が行われます。
- 3 つのロール ユニットはシートを冷却し、ロールの相互作用を通じて厚さを制御します。生産では、ロール温度、ロールギャップ、ライン速度を材料に合わせて調整し、巻き取りとその後の真空熱成形に必要なシート状態を達成する必要があります。
- 冷却して硬化した後、シートを巻き取り、真空熱成形に進みます。
- 単軸スクリュー可塑化からフラットダイ押出、3 ロール冷却および固化まで、各段階は複合材料の特性に合わせて構成する必要があります。この調整は、新しいバイオマス複合材料から連続的にシートを製造するための基礎となります。
シート押出生産ラインの稼動を見学
シート押出成形から真空熱成形まで: 竹ベースの食品容器
- 包装メーカーにとって、シート押出は製造プロセスだけを意味するものではありません。シートは下流の熱成形の要件も満たさなければなりません。
- 竹ベースの生分解性シートを作成した後、真空熱成形を使用して連続シートを生鮮食品包装用の使い捨て食品容器に加工しました。
- 容器は長方形で、自然な竹の色で、表面はマットです。軽量性と構造強度を兼ね備えており、野菜、肉、その他の生鮮食品の包装を目的としています。
- シートの厚さは現在 0.05 ～ 1.00 mm の範囲であり、製品の構造や用途の要件に応じて選択できます。
完成した竹ベースの生分解性食品容器をご覧ください
コンパウンドペレットから連続シート、そして真空成形による三次元包装に至るまで、竹ベースの生分解性複合材料は原材料の加工から最終用途に移行し、食品包装における天然植物繊維の新たな方向性を切り開きました。
開発から応用まで 竹複合加工に取り組み続ける
- 竹ベースの生分解性包装製品の開発は、単一の機械やプロセスステップで行う作業ではありません。これには、原材料の処理、配合物の改質、押出成形、および下流の加工が含まれます。
- 初期の配合作業から竹パウダーの表面改質と配合、シート押出と真空熱成形に至るまで、加工条件は素材に合わせて継続的に調整する必要があります。
- このチェーンでは、シート押出システムが複合材料と完成した包装製品の間のリンクとなります。可塑化能力、通気、ダイ構成、冷却と硬化はすべて、シートの品質と下流の成形パフォーマンスに影響します。
- JWELL は、PLA、PBAT、バイオマス充填複合材料、その他の新しい包装材料向けにシート押出装置とプロセスの改良を続けています。
- JWELL は、機器を構成し、さまざまな原材料特性にプロセスを適応させることで、包装メーカーがシート押出オプションを拡張し、新しい複合材料を配合開発から生産に移行できるよう支援します。
よくある質問
Q: 竹入りシートを真空熱成形するときにどのような問題が発生する可能性がありますか?
A: 一般的な問題としては、加熱中の不均一なたわみ、局所的な過度の伸び、不均一な肉厚分布、表面に目に見える竹粒子の質感などがあります。これらは通常、シートの厚さの均一性、加熱温度分布、および材料の延性に関連します。シートの厚さの許容差を制御し、加熱曲線を一致させ、成形深さの配合を調整することで、熱成形性能を向上させることができます。
Q: 竹入り生分解性シートのコスト上の利点はどこから来るのでしょうか?
A: 天然フィラーとしての竹パウダーは、通常、PLA や PBAT などの生分解性樹脂よりも単位当たりのコストが低いため、一定のフィラー配合量で材料コストを削減できます。ただし、充填剤の充填量が高くなると、加工の安定性とシートの性能に影響するため、上流の修正、押出構成、および下流の成形の間でバランスを取る必要があります。コスト上の利点が実現されるかどうかは、配合設計、充填剤の配合量、および装置の構成がどの程度適切に適合しているかによって決まります。
Q: 竹パウダーの細かさと供給源は、給餌とシート表面の品質にどのような影響を与えますか?
A: 竹パウダーが細かいほど均一に分散しますが、嵩密度が低いため、給餌がより困難になり、適切な給餌方法が必要になります。粒子が粗いと、シート表面に目に見える粒子のテクスチャが形成される傾向があり、外観や表面品質に影響を与えます。供給源が異なると竹パウダーの水分含有量や不純物レベルも異なる可能性があるため、加工前に配合要件に従ってスクリーニングおよび管理する必要があります。
Q: 同じシートラインで PET、PP、PS も実行できますか?
A: JWELL のシート押出プラットフォームは、PET、PP、PS、その他の材料システムをカバーしており、各材料の加工特性に合わせた構成になっています。竹を充填した生分解性化合物を同じプラットフォーム上で実行する場合、スクリュー、通気、および冷却パラメータをそれに応じて調整する必要があります。これにより、メーカーは従来の材料とバイオベースの材料の両方を 1 つの装置プラットフォームで処理できるようになります。
竹を詰めた生分解性シートを開発中？繊維充填量、目標シート厚さ、熱成形要件をお知らせいただければ、JWELL シート押出チームが適切なスクリュー構成、通気配置、3 ロール パラメーターを推奨します。