Rezolvați cinci probleme comune în co-extrudarea prin suflare a filmului

1. instabilitatea spumei: Termenul de instabilitate a bulelor include multe tipuri diferite de probleme legate de stabilitatea bulelor extrudate. Principalele probleme includ ruperea bulelor, întărirea prin deformare, instabilitatea la îngheț și fluturarea bulelor.
Ruperea bulelor: Când materialul topit care părăsește matrița este întins excesiv, rezultând ruperea structurii bulelor, se va produce ruperea bulelor. Acest lucru se întâmplă atunci când rezistența la topire a materialului extrudat este insuficientă pentru a atinge raportul de spargere selectat (BUR). Pentru a evita această problemă, selecția rășinii poate fi modificată pentru a adăuga materiale cu rezistență la topire mai mare în structura filmului pentru a îmbunătăți rezistența totală la topire. De exemplu, polietilena de joasă densitate (LDPE) este încorporată în peliculă liniară de polietilenă de joasă densitate (LLDPE) pentru a crește rezistența sa globală la topire.
Întărire la deformare: Când polimerul topit este întins rapid în direcția mașinii (MD) și astfel se întărește, are loc întărirea la deformare. Acest lucru va provoca fluctuații ale presiunii interne a bulei și ale lățimii bulei. Această problemă poate fi prevenită prin reducerea ratei de retragere. O altă soluție este modificarea selecției rășinii pentru a reduce vâscozitatea generală de întindere a filmului, permițând filmului să se întindă mai mult în MD fără nicio întărire prin deformare.
Linie de îngheț instabilă: într-un proces stabil, linia de îngheț va rămâne la o înălțime constantă mai mare decât matrița și este controlată de viteza de răcire, debitul matriței și uniformitatea grosimii filmului. Când un proces devine instabil, poziția liniei de îngheț va deveni, de asemenea, instabilă. Un motiv pentru această instabilitate este distribuția neuniformă a temperaturii în extrudare.
Schimbarea temperaturii de topire poate fi cauzată de proiectarea necorespunzătoare a șurubului din rășina selectată, uzura șurubului sau defecțiunea încălzitorului sau a termocuplului. Înainte de îmbinare, temperatura de topire a fiecărui flux trebuie măsurată pentru a determina care strat de topire este sursa schimbării temperaturii. După poziționare, scoateți șurubul și verificați degradarea polimerului și uzura șurubului. De asemenea, trebuie verificată funcționarea tuturor încălzitoarelor și termocuplurilor.
O altă cauză comună a liniei instabile de îngheț este blocarea mucegaiului. Materialul de înghițire neuniform al matriței se poate datora acumulării de materiale degradabile în matriță. Pentru a evita această situație, matrița trebuie verificată în mod regulat și, dacă este necesar, acumularea de material trebuie efectuată.
Fluturarea spumei: fluturarea spumei începe sub linia de îngheț și este afișată ca un semn liniar pe suprafața bulei în direcția transversală (Td). Această formă de aripă este cauzată de viteza mare a aerului din inelul de aer. Reducerea vitezei suflantei sau reglarea componentelor inelului de aer pentru a reduce fluxul de aer de-a lungul suprafeței bulelor va preveni fluturarea bulelor. Cu toate acestea, reducerea fluxului de aer va reduce apoi eficiența de răcire a inelului de aer și apoi va face ca linia de îngheț să se îndepărteze de matriță, cauzând noi probleme. Pentru a evita această situație, selecția rășinii poate fi optimizată pentru a reduce vâscozitatea totală de topire a extrudarii și pentru a reduce temperatura totală a topiturii.
2. Schimbarea indicelui: În coextrudarea cu suflare a filmului, este inevitabil să existe un anumit grad de schimbare a instrumentului în TD. Un exemplu de profil de instrument cu o peliculă de variație a gradului de presiune scăzută poate fi văzut în Figura 2. 1A. Cu toate acestea, dacă în timpul procesării încep să apară probleme neașteptate, gradul de schimbare a instrumentului poate crește. Există unele probleme diferite care pot duce la creșterea modificărilor de specificații, iar cauza problemei este determinată prin verificarea formei profilului instrumentului de spumă.
Răcire neuniformă a inelului de aer: fluxul slab sau neuniform de aer din inelul de aer va duce la răcirea neuniformă a filmului și va afecta raportul căderii de presiune a filmului. Acest lucru poate face ca unele filme să se întindă mai mult decât altele, ceea ce poate duce la abateri de măsurare. Pentru a evita această problemă, conducta de aer din inelul de aer trebuie verificată și curățată în mod regulat pentru a îndepărta orice impurități care pot cauza perturbarea fluxului de aer. De asemenea, inelul de aer trebuie verificat pentru a confirma că este corect amplasat în centrul matriței.
Temperatura neuniformă de topire: Temperatura neuniformă de topire va duce la modificări ale vitezei de răcire a bulelor și ale debitului matriței. Un semn evident al temperaturii neuniforme de topire este profilul sinusoidal. Formarea acestei variații sinusoidale este legată de curgerea materialelor cu temperatură de topire neuniformă prin matriță, care se numește linie de port. După cum sa menționat mai devreme, modificarea temperaturii de topire poate fi cauzată de designul sau uzura necorespunzătoare a șuruburilor.
3. Instabilitatea interfeței: Termenul instabilitate a interfeței se referă la instabilitatea la interfața dintre două straturi. Stabilitatea interfeței va depinde de factori precum caracteristicile materialelor, condițiile procesului și caracteristicile de proiectare a echipamentelor. Există trei tipuri cunoscute de instabilitate interfacială care pot apărea în timpul coextrudării prin suflare a filmului.
Există câteva motive cunoscute pentru răsturnări și întorsături. Prima este diferența de vâscozitate la forfecare dintre materialele care produc interfața. Dacă materialul are vâscozitate de forfecare semnificativ diferită, fiecare strat va experimenta rate de forfecare diferite sub tensiunea de forfecare aplicată, rezultând deformarea în zig-zag. Acest lucru poate fi atenuat prin selectarea materialelor cu vâscozitate de forfecare similară (dacă este posibil) pentru a crea o interfață.
Al doilea motiv este raportul necorespunzător al straturilor. Dacă raportul de strat selectat face interfața prea aproape de peretele matriței, efortul excesiv de forfecare va declanșa deformarea. Pentru a preveni acest lucru, grosimea stratului exterior poate fi mărită, interfața poate fi ținută departe de perete, iar tensiunea de forfecare impusă acestuia poate fi redusă.
Al treilea motiv este proiectarea necorespunzătoare a matriței. Când proiectați o matriță, este important să optimizați corect canalul de fluid pentru a crea un profil uniform de viteză în toată matrița. Proiectarea incorectă a matriței poate duce la formarea de puncte de forfecare ridicate și profile de viteză neuniforme, ceea ce poate duce la o astfel de instabilitate.
Instabilitatea interfeței cu val: Această formă de instabilitate este cauzată de deformarea neuniformă de alungire la interfața dintre cele două materiale, rezultând modele ondulate formate de-a lungul suprafeței bulelor, deoarece este extrudată din matriță. Imaginea acestei instabilități poate fi văzută în Figura 3. S-a constatat că deformarea prin alungire care provoacă această instabilitate are loc din două surse cunoscute. Primul este legat de raportul necorespunzător al stratului. Dacă unul dintre straturile compozite ale structurii este prea subțire, acesta va experimenta mai multă accelerație la punctul de îmbinare în matriță, producând astfel o rată de deformare mai mare a alungirii în strat. Raportul stratului trebuie ajustat pentru a permite o curbă de viteză mai uniformă să formeze în aval de punctul de îmbinare.
A doua sursă este diferența de vâscozitate de alungire a materialelor care creează interfața. Două materiale cu forță de alungire diferită și vâscozitate de alungire diferită se vor deforma la viteze diferite. Dacă este posibil, ar trebui selectate materiale cu proprietăți de extensie similare pentru a crea interfața.
Interfață activă instabilă: interfața reactivă poate fi formată în procesul de co-extrudare a structurii multistrat compusă din rășină de blocare polară și strat de legătură. Rășina barieră este de obicei co-extrudată cu stratul de rășină poliolefină. Aceste structuri au nevoie de obicei de un strat de legătură între ele pentru a îmbunătăți aderența dintre ele. Stratul de legătură este un polimer compus din grupări terminale polare și nepolare. Uneori, poate apărea o reacție chimică inutilă între grupul de capăt polar al stratului de conectare și rășina de blocare polară, formând astfel o interfață instabilă. Rezultatul acestor reacții este o claritate optică redusă și un aspect mai granular al filmului.

4. gel: Termenul de gel este folosit de obicei pentru a se referi la orice formă de mic defect care produce deformare optică în filmul final. Gelurile sunt problematice, deoarece nu numai că produc distorsiuni optice, dar reduc și proprietățile mecanice ale filmului. Gelul poate fi împărțit în trei categorii principale: rășini netopite, materiale degradabile și poluanți străini.
Rășină imobilă: rășina neporoasă este un tip obișnuit de gel observat în mod obișnuit la randamentul ridicat al extruderului. Acestea sunt rezultatul topirii neuniforme cauzate de zona de forfecare scăzută din extruder. Pentru a determina că gelul este o rășină neamestecată, încălziți gelul peste temperatura de topire și apoi răciți-l înapoi. Daca gelul nu reapare dupa racire, este o rasina neamestecata. Dacă în film există rășină neamestecată, șurubul extruderului trebuie verificat și reproiectat pentru a minimiza prezența zonelor de forfecare scăzute.
Material degradat: Dacă polimerul este expus la energie ridicată pentru o perioadă îndelungată de timp, poate apărea degradarea materialului în timpul extrudarii. Aceste condiții duc la formarea de materiale foarte oxidate sau reticulate care prezintă gel în membrană. De obicei, aceste geluri nu există imediat după pornire. Pe măsură ce polimerii degradați se acumulează în procesul de degradare, ei apar pe film.
Gelul foarte oxidat prezintă pete negre fragile și poate fi identificat prin fluorescență sub lumină ultravioletă. Figura 5 prezintă imaginea gelului puternic oxidat luată sub lumină polarizată și imaginea fluorescenței gelului sub lumină UV. Gelul reticulat are un aspect maro închis și este compus din materiale oxidate. Cu toate acestea, gradul de oxidare este prea scăzut pentru a provoca fluorescență sub lumina UV.
Gelul reticulat este uneori confundat cu rășini foarte încurcate. Pentru a distinge între cele două, puteți încălzi gelul la o temperatură mai mare decât temperatura de topire, puteți aplica presiune asupra acestuia pentru a-l sparge și apoi lăsați-l să se răcească. Dacă forma gelului reapare după răcire, materialul este mai degrabă reticulat decât puternic încurcat. Pentru a determina sursa materialelor degradabile, șurubul extruderului trebuie îndepărtat după funcționare fără purjare. Odată ce sursa de degradare este determinată, designul șurubului poate fi optimizat în această zonă pentru a minimiza stagnarea și forța de forfecare scăzută.
Poluanți străini: Ocazional, poluanții străini pot intra în proces. Poluanții străini intră de obicei în extruder prin buncăr, care poate fi transferat din fibra de îmbrăcăminte în rășina polimerică străină. Dacă se constată că gelul are o temperatură de topire semnificativ diferită de cea a rășinii brute sau o formă foarte neregulată (cum ar fi fibra), poate fi contaminarea cu materii străine. Pentru a evita aceste geluri, buncărul trebuie întotdeauna curățat corespunzător, iar recipientul original de materie primă trebuie închis pentru a preveni amestecarea oricăror materii străine.
5. Curl: curl film este un defect observat în structura multistrat compusă din materiale cu cristalinitate diferită. Acest defect se formează în timpul procesului de răcire a filmului topit și face ca filmul să se încurce singur. Ondularea filmului este legată de două probleme: diferența de proprietăți ale materialului (adică punctul de topire și cristalinitatea) și aranjarea necorespunzătoare a stratului.
Un exemplu comun de ondulare a filmului este prezentat în Figura 6, care prezintă un film cu trei straturi compus din polietilenă (PE), nailon (PA) și un strat de legătură. Când filmul multistrat părăsește matrița, toate straturile se topesc și filmul începe să se răcească. Când se răcește, stratul de nailon cristalizează și devine dur, în timp ce stratul de PE se micșorează deoarece este încă topit. Odată ce temperatura scade sub temperatura de topire a polietilenei, începe, de asemenea, să devină tare. Cu toate acestea, în acest moment, nailonul s-a cristalizat și nu poate fi micșorat în continuare, ceea ce duce la curbarea PE în timpul solidificării.
O metodă pentru a preveni ondularea filmului este răcirea rapidă a filmului pentru a preveni cristalizarea. În loc să se folosească aer pentru a răci filmul, filmul poate fi extrudat direct într-o baie de apă pentru o răcire rapidă. Acest lucru permite coextrudarea materialelor cu viteze de cristalizare diferite, fără a prezenta vreo peliculă ondulată. O altă soluție posibilă este optimizarea structurii filmelor multistrat.