Oricine a rulat o linie de film suflat cu trei-straturi știe că obținerea uniformității interstraturilor este mai dificilă decât pare. Puteți avea trei extrudere perfect calibrate, control precis al temperaturii în fiecare zonă și, totuși, puteți obține o peliculă în care un strat este cu 40% mai gros pe o parte și cu 60% mai subțire pe cealaltă - sau în care stratul de legătură migrează neuniform, compromițând aderența pe întreaga rolă.
Majoritatea ghidurilor de depanare indică ieșirea extruderului sau fluxul de aer al inelului de răcire ca fiind vinovat. Și acele variabile contează. Dar, în multe cazuri, cauza principală se află mai în amonte: în designul capului matriței în sine. Înțelegerea modului în care geometria capului matriței controlează distribuția interstraturilor este primul pas pentru diagnosticarea și prevenirea acestor probleme.
Ce face de fapt Die Head
Într-oMașină de suflat film cu trei-straturi, capul matriței primește trei fluxuri de topitură separate de la trei extrudere -, de obicei, un strat de miez și două straturi de piele - și le combină în interiorul corpului matriței într-o singură structură inelară co-extrudată înainte ca topitura combinată să iasă prin golul matriței ca un tub.
Capul matriței trebuie să realizeze trei lucruri simultan:
Distribuiți fiecare flux de topitură uniform pe întreaga circumferință de 360 de grade a matriței inelare
Stivuiți cele trei straturi în ordinea corectă fără a amesteca sau a destabiliza interfața dintre ele
Controlați grosimea relativă a fiecărui strat prin gestionarea rezistenței la curgerea topiturii în fiecare canal
Dacă oricare dintre aceste trei lucruri merge prost - și există multe moduri în care fiecare poate merge prost -, rezultatul este ne-uniformitatea stratului intercalat.
Mandrin spiralat vs. Spider Die: alegerea fundamentală
Există două arhitecturi principale ale capetelor de matriță utilizate înMașină de suflat film cu trei-straturiși gestionează distribuția circumferențială foarte diferit.
Moră de păianjen (Moră anulară cu picioare de păianjen)
Matrița păianjen folosește picioare de sprijin radiale („picioare de păianjen”) pentru a ține dornul în centrul matriței, topitura curgând în jurul picioarelor și recombinându-se în aval. Liniile de sudură ale piciorului - unde se reunesc fluxurile de topitură divizate - reprezintă slăbiciunea fundamentală a acestui proiect. Liniile de sudură creează zone de slăbiciune mecanică și, mai important pentru filmele multistrat, puncte în care grosimea stratului poate varia. Straturile nu se recombină identic după despicarea în jurul picioarelor.
Molele de păianjen sunt mecanic mai simple și mai ieftine, dar acum sunt relativ neobișnuite în producția serioasă de pelicule multistrat tocmai pentru că liniile de sudură compromit uniformitatea straturilor intermediare, în special în aplicațiile de peliculă barieră.
Spiral Mandril Die
Matrița cu dorn spirală este designul dominant în producția modernă de film în trei-strat. În acest design, fiecare flux de topitură intră în matriță printr-un orificiu de alimentare central, apoi curge într-o canelură spirală prelucrată în suprafața dornului. Pe măsură ce topirea progresează de-a lungul spiralei, ea revarsă treptat suprafața spirală și se distribuie circumferențial printr-o combinație de curgere în spirală și flux axial-acţionat de presiune.
În momentul în care topitura ajunge la ieșirea matriței, ea a fost distribuită prin suprapunerea mai multor canale spiralate -, de obicei, 4 până la 8 spirale pe strat într-o matriță modernă - care calculează în mod eficient variația circumferențială. Rezultatul este o distribuție a grosimii mult mai uniformă decât o poate obține o matriță de păianjen.
Cum controlează geometria canalului în spirală uniformitatea
În cadrul designului dornului spiralat, geometria specifică a canalelor determină cât de bine se distribuie fiecare strat. Aici designul capului matriței devine cu adevărat complex.
Pas în spirală și adâncime
Pasul (distanța dintre spirele spiralate) și adâncimea (secțiunea transversală-canalului) fiecărui canal spirală controlează echilibrul dintre curgerea elicoidal (de-a lungul spiralei) și curgerea axială (spre ieșirea matriței). Un canal mai profund promovează o distribuție mai elicoială înainte de depășire. Un canal mai puțin adânc face ca topitura să se reverse și să avanseze axial mai devreme.
Pentru o distribuție uniformă:
Un canal prea puțin adânc face ca topitura să avanseze predominant axial de la punctul de alimentare, ceea ce duce la variația grosimii într-un model aliniat cu locația orificiului de alimentare (un „punct de grăsime” la 0 grade și subțierea la 180 de grade)
Un canal prea adânc întârzie avansarea axială și poate provoca o creștere a presiunii care destabiliza interfața topiturii
Geometria spirală optimă depinde de vâscozitatea topiturii și de debitul materialului rulat -, motiv pentru care matrițele proiectate pentru LLDPE nu funcționează neapărat la fel de bine cu HDPE sau EVA fără reconfigurare.
Numărul de porniri în spirală
Mai multe porniri de spirală pe strat (numărul de canale spiralate individuale care se alimentează din portul de intrare) înseamnă o suprapunere mai mare a căilor de distribuție în jurul circumferinței, ceea ce face o medie a variației grosimii mai eficient. Matricele de-performanță înaltă cu trei-straturi pentru peliculele subțiri de barieră pot folosi 6 până la 8 porniri spiralate pe strat. Matrițele economice pentru ambalajele simple din PE pot folosi doar 4. Diferența apare direct în variația grosimii circumferențiale - de obicei ±3% pentru matrițele cu pornire multi-de calitate înaltă-, comparativ cu ±6–8% pentru modele mai simple.
Stivuire interstrat: unde se întâlnesc cele trei fluxuri de topire
Gestionarea distribuției circumferențiale pentru fiecare strat este doar o parte a problemei. De asemenea, straturile trebuie să se întâlnească între ele într-un mod controlat, stabil, care să mențină raportul de grosime proiectat.
Poziția de stivuire
Straturile pot fi combinate în interiorul matriței în două moduri:
Combinație internă:Cele trei fluxuri de topire se îmbină în interiorul corpului matriței, în amonte de ieșirea matriței și se deplasează ca o topitură combinată cu mai multe-strat până la spațiul matriței. Acest lucru oferă mai mult timp pentru ca interfața să se stabilizeze înainte de a ieși, ceea ce reduce riscul de instabilitate a stratului în zona de ieșire a matriței. Cu toate acestea, necesită o potrivire precisă a vâscozității între straturile adiacente - vâscozitățile nepotrivite la interfață creează instabilitate de încapsulare (stratul de-vâscozitate inferior încearcă să migreze și să înconjoare stratul de-vâscozitate mai mare).
Combinație externă:Straturile sunt menținute separate până foarte aproape de ieșirea matriței, apoi combinate într-o zonă finală scurtă. Această abordare este mai îngăduitoare pentru nepotrivirile viscozității, dar oferă mai puțin timp de stabilizare.
Majoritatea matrițelor moderne de film suflate cu trei-straturi utilizează o combinație internă cu o zonă de tranziție proiectată cu grijă, unde straturile converg treptat și nu brusc, ceea ce reduce riscul de perturbare a interfeței.
Die Land Lungime
Terenul matriței este secțiunea paralelă la ieșirea matriței unde toate cele trei straturi curg împreună în canalul inelar înainte de a ieși ca tub. O lungime mai mare a terenului:
Netezește diferențele de viteză dintre straturi
Permite stabilizarea interfețelor de topire
Reduce diferențele de orientare-induse de flux între straturi
Un teren prea scurt are ca rezultat straturi care nu s-au echilibrat complet - un strat se poate mișca mai repede decât straturile adiacente, ceea ce creează forfecare la interfață și grosime neuniformă a stratului după ce topitura iese și se umflă.
Lungimile obișnuite ale matrițelor sunt de 15 până la 30 mm pentru aplicațiile standard de film suflat, cu suprafețe mai lungi utilizate pentru peliculele de barieră subțiri sau materialele cu-vâscozitate ridicată.
Locația portului de alimentare și echilibrul presiunii
Fiecare dintre cele trei extrudere se conectează la capul matriței printr-un orificiu de alimentare. Locația și geometria acestor porturi de alimentare afectează uniformitatea în moduri care sunt ușor de trecut cu vederea.
Alimentare simetrică
Într-o matriță bine proiectată-, cele trei orificii de alimentare sunt poziționate astfel încât fiecare flux de topitură să intre cu aceeași cădere de presiune de la orificiul de alimentare la ieșirea matriței. Plasarea asimetrică a orificiului de alimentare creează o distribuție inegală a presiunii în jurul circumferinței, care apare ca un model consistent gros/subțire în filmul final -, de obicei, într-un model sinusoidal cu vârful în locația orificiului de alimentare.
Cross-Cap vs. Orientarea matriței stivuitoare
Moare-capului în cruce:Extruderele se introduc din lateral, perpendicular pe axa matriței. Mai simplu din punct de vedere mecanic, dar virajul de 90 de grade a fluxului de topire creează o asimetrie a presiunii care necesită o geometrie atentă a canalului pentru a compensa.
Stack matrițe (inline):Extruderele se alimentează de-a lungul axei matriței. Mai complex de construit, dar geometria de alimentare simetrică face distribuția uniformă mai ușor de realizat.
Gradient de temperatură în interiorul corpului matriței
Vâscozitatea topiturii este sensibilă la temperatură-. Dacă diferite părți ale corpului matriței se află la temperaturi diferite - din cauza încălzirii neuniforme, a pierderii de căldură în mediu sau a conducerii de la un canal la altul -, vâscozitatea topiturii se modifică, ceea ce modifică rezistența la curgere și distribuția grosimii.
Capete de matriță moderne cu trei-straturi utilizează mai multe zone de încălzire controlate independent:
Zone separate pentru corp, dorn și inel de matriță
Încălzitoare controlate PID-cu feedback cu termocuplu în mai multe puncte
Izolație între zone pentru a preveni migrarea căldurii între canale
O variație de temperatură de chiar și 5 grade de-a lungul matriței poate modifica vâscozitatea LLDPE cu 15-20%, ceea ce este suficient pentru a cauza ne-uniformitate măsurabilă a grosimii. Acesta este motivul pentru care controlul temperaturii capului matriței este la fel de important ca geometria matriței - o matriță bine proiectată, care funcționează la temperaturi prost controlate, va produce în continuare peliculă variabilă.
Ajustarea decalajului matriței și limitele sale
Spațiul matriței - fanta inelară dintre vârful dornului și inelul matriței prin care iese topitura - controlează grosimea totală a filmului și debitul. Majoritatea matrițelor de producție includ un sistem manual sau automat de ajustare a spațiului matriței (de obicei, 8 până la 16 șuruburi de reglare individuale sau un sistem automat de buze flexibile-) care permite operatorilor să compenseze neuniformitatea grosimii la ieșirea matriței.
Cu toate acestea, ajustarea distanței matrițelor este un instrument de corecție, nu un substitut pentru un design bun al matriței. Ajustarea decalajului matriței pentru a compensa o problemă de distribuție creată de geometria canalului spiralat sau de asimetria orificiului de alimentare are ca rezultat o decalaj a matriței care este neuniform în jurul circumferinței -, ceea ce creează probleme secundare, inclusiv instabilitatea curgerii topiturii, depunerile de buze ale matriței și deteriorarea fizică a buzei matriței în timp.
Dacă un film necesită mai mult de ±1,5 mm de variație a spațiului matriței în jurul circumferinței pentru a obține o grosime uniformă, cauza de bază este aproape sigur o problemă de design sau stare a matriței care trebuie abordată direct.
Implicații practice pentru producătorii de film
Înțelegerea modului în care designul matriței afectează uniformitatea stratului intermediar are implicații directe pentru selecția echipamentului, depanarea procesului și întreținerea:
Când cumpărați sau specificați o mașină:Solicitați numărul de porniri de spirală pe strat, metoda de combinare a matrițelor (internă vs. externă) și configurația zonei de temperatură. Un furnizor care nu poate răspunde clar la aceste întrebări este un steag roșu.
La depanarea variației grosimii:Înainte de a regla decalajul matriței sau inelul de răcire, mapați modelul de variație pe lățimea rolei și în jurul circumferinței. Un model sinusoidal care atinge un vârf într-o locație consecventă indică o problemă cu geometria orificiului de alimentare sau canalul spiralat. Variația aleatorie de-a lungul ruloului este mai probabil să fie o problemă de răcire sau de stabilitate a bulelor.
Pentru intretinere:Curățarea matriței afectează direct distribuția. Materialul ars sau degradat într-un canal în spirală creează rezistență la curgere locală care produce dungi groase/subțiri. Programele regulate de curățare - cu dezasamblarea și inspecția adecvată a matriței - sunt esențiale pentru menținerea performanței de distribuție pentru care a fost proiectată matrița.
Concluzie
Capul morții aMașină de suflat film cu trei-straturieste componenta unică cea mai influentă pentru uniformitatea stratului intermediar - mai mult decât extruderele, mai mult decât inelul de răcire și mai mult decât ajustările parametrilor de proces. Geometria canalului spirală controlează distribuția circumferențială. Designul de stivuire și teren controlează stabilitatea straturilor intermediare. Geometria orificiului de alimentare și zonarea temperaturii determină dacă intenția de proiectare este efectiv realizată în producție.
Operatorii și inginerii care înțeleg aceste relații pot diagnostica mai rapid problemele de uniformitate a grosimii, pot lua decizii mai inteligente de cumpărare a echipamentelor și pot obține o calitate mai consistentă a filmului din liniile pe care le rulează deja.
