Procés i control d'emmotllament de pel·lícula bufada per extrusió

 

 

Per produir pel·lícules de plàstic de diferents tipus i especificacions, a més de seleccionar una extrusora adequada, un capçal de matriu de modelat per bufat i un equip auxiliar, també cal triar mètodes d'emmotllament i condicions de procés adequats. Només d'aquesta manera les operacions poden funcionar sense problemes i garantir pel·lícules d'alta-qualitat.

 

 

En funció de la direcció de tracció de la pel·lícula, la producció de pel·lícules bufades es pot dividir en tres tipus: bufat pla d'extrusió plana, bufat d'extrusió plana cap amunt i extrusió plana bufat cap avall, sent el bufat d'extrusió plana cap amunt el més comú.

 

1. Mètode de bufat pla per extrusió plana

El flux del procés del mètode de bufat pla d'extrusió plana es mostra a la figura 1-15. Aquest mètode utilitza un capçal de matriu recte, i tant el capçal de matriu com l'equip auxiliar tenen estructures relativament senzilles, cosa que fa que la instal·lació i el funcionament de l'equip siguin còmodes. Tanmateix, l'extrusora ocupa una gran empremta. A causa del flux ascendent d'aire calent i el flux descendent d'aire fred, el refredament de la part superior de la bombolla de pel·lícula és més lent que la part inferior. Quan el plàstic té una alta densitat o el diàmetre de la bombolla és gran, la bombolla tendeix a enfonsar-se, donant lloc a una mala uniformitat del gruix de la pel·lícula i dificultat d'ajust. Normalment, aquest mètode és adequat per modelar pel·lícules bufades de PE i PVC amb una amplada de 600 mm o menys.

 

 

2. Mètode de bufat cap amunt d'extrusió plana

El flux del procés del mètode de bufat cap amunt d'extrusió plana es mostra a la figura 1-16. Aquest mètode utilitza un capçal de matriu d'angle recte, on la direcció de descàrrega del material és perpendicular a la direcció del flux al barril de l'extrusora. El tub extruït s'estira verticalment cap amunt, s'infla, es pressiona i s'introdueix al corró de tracció. El principal avantatge d'aquest mètode és que tota la bombolla està suportada pel segment superior refrigerat i resistent, que garanteix una tracció estable de la pel·lícula. Pot produir pel·lícules amb una àmplia gamma de gruixos i amplades (per exemple, diàmetres superiors als 10 m). A més, l'extrusora s'instal·la a terra, sense necessitat de plataforma operativa, la qual cosa facilita el seu funcionament amb una petita empremta i permet una àmplia gamma de gruixos de pel·lícula amb un gruix relativament uniforme. Els principals desavantatges són que l'aire calent al voltant de la bombolla puja mentre l'aire fred s'enfonsa, cosa que és desfavorable per al refredament; la corba de 90 graus del capçal de la matriu augmenta la resistència al flux de material, provocant potencialment la descomposició del material a la corba; i l'alçada de fàbrica ha de ser més gran. A més, el capçal de la matriu i els equips auxiliars tenen estructures complexes.

 

 

3. Mètode de bufat cap avall d'extrusió plana

El mètode de bufat cap avall d'extrusió plana també utilitza un capçal de matriu d'angle recte-, però el tub es dibuixa verticalment cap avall, tal com es mostra a la figura 1-17. La direcció de tracció de la bombolla és oposada al flux d'aire calent del capçal de la matriu, facilitant el refredament de la bombolla. A més, es pot utilitzar una jaqueta d'aigua per refredar directament la bombolla, millorant significativament l'eficiència de la producció i la transparència de la pel·lícula. Aquest mètode ofereix bons efectes de refrigeració i la pel·lícula s'arrossegue cap avall per gravetat cap al corró de tracció, cosa que la fa més convenient que el mètode de bufat cap amunt. També permet velocitats de línia de producció més ràpides i una major producció. No obstant això, tota la bombolla està suportada pel segment de plàstic no solidificat, la qual cosa la fa propensa a trencar-se quan es produeixen pel·lícules més gruixudes o amb altes velocitats de tracció, especialment per a plàstics amb més densitat. L'extrusora s'ha d'instal·lar en una plataforma operativa alta, augmentant els costos d'instal·lació i les molèsties operatives. A causa del ràpid refredament amb la jaqueta d'aigua, aquest mètode és adequat per a resines amb baixa viscositat de fusió i alta cristalinitat (per exemple, resina PP) i es pot utilitzar per produir pel·lícules d'embalatge altament transparents.

 

 

Entre els mètodes de producció de pel·lícules bufades, el mètode de bufat cap amunt d'extrusió plana és el més utilitzat. A continuació es descriuen les operacions de producció d'aquest mètode, tal com es mostra a la figura 1-18.

 

 

1. Calefacció: Escalfeu l'extrusora i el capçal de la matriu a la temperatura requerida mitjançant escalfadors i mantingueu la temperatura durant un període.

2.Alimentació i extrusió: Un cop l'extrusora i el capçal de la matriu compleixin els requisits d'aïllament, engegueu l'extrusora i afegiu una petita quantitat de plàstic (pols o pellets) a la tremuja. Inicialment, el cargol gira a baixa velocitat. Després que el material fos passa pel capçal de la matriu i s'infla en una bombolla, augmenteu gradualment la velocitat del cargol, ompliu la tremuja i observeu si el volum d'extrusió al voltant de la bombolla és uniforme. Si la bombolla està esbiaixada o té un gruix desigual, ajusteu la temperatura circumdant i l'amplada del buit. Per a zones amb descàrrega més ràpida, baixeu la temperatura i apreteu els cargols; al contrari, augmentar la temperatura i afluixar els cargols.

3.Aixecament: Recolliu el material fos que surt del capçal de la matriu, aixequeu-lo i introduïu una petita quantitat d'aire per evitar l'adhesió.

4. Rodets d'alimentació: Introduïu la bombolla aixecada als rodets de pinça, que premeu la bombolla en una pel·lícula plegada. A continuació, la pel·lícula es guia al dispositiu de bobinat mitjançant rodets de guia.

5.Inflació: després d'introduir la bombolla als rodets, infleu-la amb aire i ajusteu la velocitat de tracció i la proporció d'explosió-per assegurar-vos que l'amplada i el gruix del plec de la pel·lícula compleixin els requisits. Com que l'aire de la bombolla està segellat pels corrons de pinça, amb prou feines s'escapa, mantenint una pressió constant a la bombolla.

6.Ajust: La tolerància del gruix de la pel·lícula es pot corregir ajustant l'espai de la matriu, la posició de l'anell de refrigeració, el volum d'aire i la velocitat de tracció. La tolerància de l'amplada de la pel·lícula s'ajusta principalment controlant la mida de la inflació.

 

 

1. Temperatura d'emmotllament

El control de la temperatura és fonamental en el procés de pel·lícula bufat, afectant directament la qualitat del producte. Per als plàstics-sensibles a la calor com el PVC, és essencial un control precís de la temperatura i la coordinació adequada de la temperatura i el temps d'escalfament és crucial.

La temperatura de processament s'estableix per aconseguir la viscositat de fusió òptima en estat de flux, assegurant productes qualificats. Diferents matèries primeres requereixen temperatures diferents; per a un mateix material, diferents gruixos de pel·lícula requereixen temperatures de processament diferents; i fins i tot per al mateix material i gruix, diferents extrusores poden requerir temperatures diferents. Les pel·lícules més fines requereixen una millor fluïdesa de fusió, de manera que per al mateix material, una pel·lícula de 20 μm requereix una temperatura d'escalfament molt més alta que una pel·lícula de 80 μm.

 

El control de temperatura es pot dividir en dos mètodes: un augmenta gradualment la temperatura de la secció d'alimentació a la matriu, mentre que l'altre manté la temperatura de la secció d'alimentació baixa, augmenta bruscament la temperatura a la secció de compressió (controlada a la temperatura de plastificació òptima del material) i la redueix a la secció de mesura per mantenir l'estat fos. La temperatura de la matriu ha de mantenir el material en un estat fluid i pot ser igual o 10 a 20 graus inferior a la temperatura final del canó, depenent de la relació de longitud-a-diàmetre del cargol.

 

Per als plàstics-sensibles a la calor com el PVC, la temperatura del barril ha de ser inferior a la temperatura del capçal de la matriu per evitar el sobreescalfament i la descomposició al barril. Per a plàstics com el PE i el PP, que són menys propensos a sobreescalfar-se, la temperatura del capçal de la matriu pot ser inferior a la temperatura del barril, ajudant al refredament i l'estabilització de les bombolles, millorant així la qualitat de la pel·lícula.

 

El control de la temperatura és complex i requereix un coneixement exhaustiu de les propietats del material i les condicions de processament per optimitzar les temperatures de calefacció. Els rangs de control de temperatura d'extrusió per a les pel·lícules bufades d'ús habitual es mostren a la taula 1-5.

 

Taula 1-5 Intervals de control de temperatura d'extrusió per a pel·lícules bufades d'ús habitual

 

Tipus de pel·lícula			Temperatura del barril / grau		Connector Temperatura / grau		Capçal de la matriu Temperatura / grau
PVC (pols)	Bufat d'-alta velocitat	160 - 175 170 - 185		170 - 180 180 - 190		185 - 190 190 - 195
PE PP			130 - 160 190 - 250		160 - 170 240 - 250		150 - 160 230 - 240
Pel·lícula composta	PE PP	120 - 170 180 - 210		210 - 220 210 - 220		200 200

Les temperatures d'escalfament del barril i el capçal de la matriu afecten significativament les propietats de l'emmotllament i la pel·lícula. Les temperatures excessivament altes poden fer que la pel·lícula sigui trencadissa, reduint especialment la resistència a la tracció longitudinal. Les altes temperatures també poden provocar ones de vibració transversals periòdiques a la bombolla. Si la temperatura és massa baixa, és possible que la resina no estigui completament barrejada i plastificada, donant lloc a un flux de material irregular, afectant l'estirament uniforme, la brillantor i la transparència. Les baixes temperatures de processament també poden provocar "ulls de peix" a la superfície de la pel·lícula, on els punts de cristall estan envoltats per patrons anuals semblants a anell-, amb una pel·lícula més fina al voltant dels punts de cristall. A més, les baixes temperatures redueixen l'allargament de la pel·lícula a la ruptura i la resistència a l'impacte.

 

2. Relació d'-explosió

La proporció d'explosió-no només determina l'amplada de plec de la pel·lícula, sinó que també afecta diverses propietats de la pel·lícula. Per tant, la selecció de la proporció-de pujada ha de tenir en compte tant l'amplada del plec com el rendiment. La proporció d'explosió-també està limitada per les propietats del plàstic (per exemple, pes molecular, cristalinitat, tensió de fusió). La taula 1-6 enumera els intervals òptims de proporció d'explosió per a diferents tipus i aplicacions de pel·lícules com a referència.

 

Taula 1-6 Intervals òptims de relació d'explosió per a diverses pel·lícules

Tipus de pel·lícula	PVC	LDPE	LLDPE	HDPE (ultra-prim)	PP	PA	Pel·lícula retràctil, pel·lícula estirada, pel·lícula adhesiva
Relació d'explosió-	2.0~3.0	2.0~3.0	1.5~2.0	3.0~5.0	0.9~1.5	1.0~1.5	2.0~5.0

 

Una proporció d'explosió més gran-millora les propietats òptiques de la pel·lícula perquè el flux irregular de material a la resina fosa es pot estendre longitudinalment i transversalment, fent que la pel·lícula sigui més suau. L'augment de la proporció d'explosió-també millora la resistència a l'impacte, la resistència a la tracció transversal i la resistència a l'esquinçament transversal, mentre que la resistència a la tracció longitudinal i la resistència a l'esquinçament disminueixen relativament. Ambdues forces de trencament direccionals s'estabilitzen quan la proporció d'explosió-supera 3. L'allargament longitudinal disminueix amb una proporció d'explosió-creixent, mentre que l'allargament transversal es manté relativament estable, i només augmenta quan s'eixampla la bretxa anular de la matriu.

 

3. Relació de tracció

Quan augmenta la velocitat de tracció (ràtio de tracció més gran), el flux de material irregular de la matriu no es pot relaxar completament abans de refredar-se i solidificar-se, donant lloc a propietats òptiques pobres. Fins i tot augmentar la velocitat d'extrusió no pot evitar una disminució de la transparència de la pel·lícula. A una velocitat d'extrusió constant, augmentar la velocitat de tracció altera l'equilibri de les forces longitudinals i transversals, augmentant la força longitudinal mentre disminueix la força transversal.

 

La relació d'explosió-i la relació de tracció representen els múltiples de l'expansió transversal i l'estirament longitudinal, respectivament. Si s'augmenten tots dos, el gruix de la pel·lícula disminueix mentre augmenta l'amplada del plec, i viceversa. Així, la proporció d'explosió-i la relació de tracció són paràmetres crítics que determinen les dimensions i propietats finals de la pel·lícula.

 

4. Refrigeració pel·lícula

El refredament és fonamental en la producció de pel·lícules bufades i el grau de refrigeració afecta significativament la qualitat del producte. El temps de viatge de la bombolla des de la matriu fins als corrons de tracció és generalment superior a 1 minut (no més de 2,5 minuts). En aquest curt temps, la bombolla s'ha de refredar i solidificar; en cas contrari, la bombolla pot enganxar-se sota la pressió dels corrons de tracció, afectant la qualitat de la pel·lícula.

 

La velocitat de refredament durant el bufat afecta la forma de la bombolla, tal com es mostra a la figura 1-19. La figura 1-19a mostra la forma de la bombolla amb una velocitat de refredament més lenta. En la producció real, aquesta forma es forma quan l'anell de refrigeració es col·loca més baix, el volum d'aire és petit i la temperatura de l'aire a l'anell de refrigeració no és molt baixa. La figura 1-19b mostra la forma de la bombolla quan la pel·lícula es refreda immediatament després de sortir del capçal de la matriu. En la producció real, aquesta forma es forma quan l'anell de refrigeració és baix, el volum d'aire és gran i la temperatura de l'aire és molt baixa. La figura 1-19c mostra la forma de la bombolla quan la pel·lícula es refreda ràpidament a una certa distància del capçal de la matriu. En la producció real, aquesta forma es forma quan l'anell de refrigeració es col·loca més alt, el volum d'aire és gran i la temperatura de l'aire és molt baixa.

 

 

 

A la taula 1-7 s'enumeren els fenòmens anormals comuns, les seves causes i les solucions en la producció de pel·lícules bufades.

Taula 1-7 Fenòmens anormals comuns, causes i solucions en la producció de pel·lícules bufades

 

Fenomen anormal	Causes	Solucions
Tracció cinematogràfica difícil	1. La temperatura del capçal de la matriu és massa alta o massa baixa 2. Gran variació de gruix per un costat 3. Matèria primera bruta amb moltes taques de cremades	1. Ajusteu la temperatura del capçal de la matriu 2. Ajusteu el gruix de la pel·lícula per a la uniformitat 3. Substituïu la matèria primera, netegeu el capçal de la matriu i el cargol
Trencament de la pel·lícula	1. La temperatura del capçal de la matriu és massa alta o massa baixa 2. Impureses o material descompost a la fosa 3. Filtre o matriu bloquejat 4. Velocitat de tracció excessiva 5. Gruix de pel·lícula desigual o proporció d'explosió-excessiva	1. Ajusteu la temperatura del capçal de la matriu 2. Netegeu la matriu o substituïu la resina 3. Substituïu el filtre, netegeu la matriu 4. Reduir la velocitat de tracció 5. Ajusteu el gruix de la pel·lícula, reduïu la -proporció d'explosió
Bombolla esbiaixada	1. La temperatura del cos de la màquina o de la matriu és massa alta 2. Temperatura del connector massa alta 3. Gruix de pel·lícula desigual	1. Baixeu la temperatura del cos de la màquina o de la matriu 2. Baixa la temperatura del connector 3. Ajusteu el gruix de la pel·lícula perquè sigui uniforme
Gruix de pel·lícula desigual	1. Espai de matriu desigual 2. Deformació del motlle del nucli 3. Temperatura desigual del cap de matriu 4. Ratio d'explosió-excessiu 5. Refrigeració desigual 6. Aire comprimit inestable	1. Ajusteu l'espai de la matriu 2. Substituïu el motlle del nucli 3. Inspeccioneu l'anell de calefacció del capçal de la matriu 4. Reduïu la -ràtio d'explosió 5. Ajusteu el volum d'aire de refrigeració per uniformitat 6. Inspeccioneu el compressor d'aire
Arrugada pel·lícula	1. Gruix de pel·lícula desigual, arrugues a zones primes 2. Refredament insuficient o desigual 3. Desalineació de la placa d'espina de peix o corrons de tracció amb capçal de matriu 4. Angle excessiu de la placa en espiga 5. Pressió desigual del rodet de tracció 6. Tensió de bobinat inconsistent 7. Relació d'explosió-excessiva, forma irregular de bombolla 8. Influència de l'aire ambiental	1. Ajusteu el gruix de la pel·lícula per a la uniformitat 2. Millorar la refrigeració o reduir la velocitat de producció 3. Alineació de la línia central correcta 4. Redueix l'angle de la placa d'espina de peix 5. Ajusteu els rodets de tracció 6. Ajusteu els rodets de bobina 7. Reduïu la proporció d'explosió-o substituïu la matriu, ajusteu la forma de la bombolla 8. Estabilitzar el flux d'aire ambiental
Poca transparència	1. Baixa temperatura de plastificació 2. Altura de la línia de congelació insuficient 3. Velocitat de tracció excessiva 4. Petita proporció d'explosió-	1. Augmentar la temperatura d'emmotllament 2. Augmenteu l'alçada de la línia de congelació 3. Reduir la velocitat de tracció 4. Augmenta la -ràtio d'explosió
Superfície de pel·lícula en flor	1. Baixa temperatura del cos de la màquina o de la matriu 2. Velocitat excessiva del cargol 3. Temperatura del cargol massa alta o massa baixa 4. Formulació inadequada	1. Augmenteu la temperatura del cos de la màquina o de la matriu 2. Redueix la velocitat del cargol 3. Ajusteu el cabal de refrigeració del cargol 4. Millorar la formulació
Impureses o taques de cremades a la superfície de la pel·lícula	1. Impureses en matèria primera 2. Pantalla de filtre trencada 3. Descomposició de la resina 4. Mescla desigual	1. Matèria primera pantalla 2. Substituïu la pantalla del filtre 3. Netegeu el capçal de la matriu 4. Controlar estrictament el procés de pastat i plastificació
Bombolles a la superfície de la pel·lícula	Matèria primera humida	Matèria primera seca
Forats o llàgrimes a la pel·lícula	1. Impureses en matèria primera 2. Pantalla de filtre bloquejada o trencada 3. Ratio d'explosió-excessiu 4. Relació de tracció excessiva 5. Dau bloquejat 6. Objectes estrangers a la placa de refrigeració o els rodets que ratllen pel·lícula	1. Substituïu la matèria primera 2. Netegeu o substituïu la pantalla del filtre 3. Ajusteu la -ràtio d'explosió 4. Reduir la relació de tracció 5. Encuny net 6. Netegeu les superfícies de la placa d'espina de peix o dels rodets de guia
Filigranes o nuvolositat a la superfície de la pel·lícula	1. Baixa temperatura del barril de l'extrusora 2. Baixa temperatura de la matriu 3. Velocitat excessiva del cargol 4. Filtre els forats de la pantalla massa grans o capes insuficients 5. Selecció inadequada de la matèria primera	1. Augmenta la temperatura del barril 2. Augmentar la temperatura de la matriu 3. Redueix la velocitat del cargol 4. Substituïu-lo per una pantalla de filtre més fina o afegiu capes 5. Seleccioneu la matèria primera adequada
Ulls de peix o blocs durs a la superfície de la pel·lícula	1. Baixa temperatura de l'extrusora 2. Contaminació amb altres resines 3. Baix cabal de fusió de la matèria primera 4. Mala plastificació del cargol	1. Augmentar la temperatura d'extrusió 2. Substituïu la matèria primera o elimineu la resina contaminada 3. Utilitzar la matèria primera adequada 4. Substituïu el cargol qualificat
Marques de línia de costura evidents	1. Temperatura excessiva de la matriu o del connector 2. Descomposició del material a la derivació de la barra del nucli	1. Baixa la temperatura de la matriu o del connector 2. Traieu la barra central i netegeu-la
Pel·lícula enganxosa (mala obertura)	1. Temperatura d'emmotllament excessiva 2. Refrigeració insuficient 3. Velocitat de tracció excessiva 4. Pressió excessiva del rodet de pinça 5. Formulació inadequada (agent d'obertura insuficient)	1. Temperatura més baixa, especialment la temperatura de la matriu 2. Millorar la refrigeració 3. Reduir la velocitat de tracció 4. Ajusteu la pressió del rodet de pinça 5. Augmentar la dosi d'agent d'obertura
Enrotllament desigual	1. Gruix de pel·lícula desigual 2. Refrigeració insuficient 3. Espai desigual del marc d'espina de peix 4. Desalineació del rodet de tracció 5. Aire atrapat al tub de pel·lícula, provocant arrugues	1. Ajusteu el gruix de la pel·lícula 2. Millorar la refrigeració 3. Corregiu la bretxa del marc d'espina de peix 4. Ajusteu la força de subjecció del rodet de tracció per a la uniformitat 5. Elimina l'aire atrapat per eliminar les arrugues
Vores irregulars del rotllo de pel·lícula	1. Tensió insuficient de l'enrotllament que provoca l'esgotament-de la vora 2. Fulla de tall-de pel·lícula opaca 3. Tensió de bobinat inconsistent	1. Augmenteu la tensió del bobinat adequadament 2. Substituïu-la per una fulla nova 3. Inspeccioneu el sistema de control de tensió