Užeikite į bet kurią šiuolaikišką lanksčios pakavimo įmonę ir beveik neabejotinai rasite ant padėklo stovintį dviejų atspalvių plėvelės ruloną kažkur - dryžuotų barjerinių maišelių, dviejų-spalvų žemės ūkio mulčių arba ko-ekstruzuotų pirkinių maišelių su balta šerdimi ir tamsintu išoriniu sluoksniu. Visi jie pradėjo gyvenimą viduje advigubos-spalvos plėvelės pūtimo mašina. Tačiau procesas, kurio metu du atskiri pigmentinės dervos srautai paverčiami sklandžiai sujungta, optiškai atskira plėvele, yra daug sudėtingesnis nei tiesiog dviejų bunkerių padavimas į vieną štampą. Lydymosi mechanizmas apima kruopščiai kontroliuojamą polimero reologiją, šilumos valdymą, štampų geometriją ir sąsajos sukibimo mokslą. Šiame straipsnyje išsamiai aprašomas kiekvienas etapas.
1. Žaliavos paruošimas ir pigmentų dispersija
Kad suliejimas apskritai įvyktų, kiekvienas spalvų kanalas turi būti tinkamai paruoštas. Pagrindinio mišinio granulės - koncentruotas pigmentas, disperguotas nešiklio dervoje -, sumaišomos su pagrindiniu polimeru nustatytu kritimo santykiu, paprastai nuo 1 % iki 5 % masės. Nešiklio dervos pasirinkimas yra labai svarbus: jos lydalo srauto indeksas (MFI) turi būti suderinamas su pagrindiniu polimeru, kad abiejų srautų klampumo profiliai būtų panašūs, kai susilieja štampavimo viduje.
Prastai išsklaidytas pigmentas sukuria dryžius, aglomeratus arba „gelio“ - permatomus dėmelius, kurie susilpnina plėvelę ir sukelia optinius neatitikimus. Didelės šlyties maišymo sraigtai arba statiniai maišytuvai kiekviename ekstruderio kanale užtikrina, kad lydalas būtų toks pat, kol jis patenka į štampą, todėl pigmentas tolygiai pasiskirsto per kiekvieną spalvų srautą. Jei viena spalva yra giliai anglies-juodas polietilenas, o kita yra natūralus arba baltas LLDPE, tada jų šilumos laidumo greičiai šiek tiek skiriasi. Taigi mašinos valdymo sistema turi tai išspręsti keisdama kiekvieno ekstruderio statinės zonos temperatūrą.
2. Dvigubo ekstruderio konfigūracija ir lydalo srauto valdymas
Dvigubos -spalvos plėvelės pūtimo mašinoje veikia du atskiri ekstruderiai -, kurie kartais yra vienodo dydžio, kartais asimetriški, jei dviejų spalvų sluoksnių tikslinis storis skiriasi. Kiekvienas ekstruderis nepriklausomai apdoroja savo spalvą:
Tiekimo zona: Granulės įtraukiamos sukamuoju sraigtu ir pradeda minkštėti nuo trinties ir šilumos perdavimo.
Suspaudimo zona: Sraigto kanalas tampa seklesnis, todėl išspaudžia lydalą ir išstumia oro kišenes.
Dozavimo zona: lydalas tampa tolygus ir visiškai išsilydo esant nustatytai temperatūrai, paprastai nuo 160 laipsnių iki 220 laipsnių polietileno tipams.
Du lydalo srautai išeina iš kiekvienos ekstruderio statinės ir patenka į atskirus srauto takus, kurie veda į štampavimo galvutę. Labai svarbu išlaikyti vienodą lydalo slėgį abiejuose keliuose. Jei vienas srautas turi daug didesnį slėgį nei kitas, jis nustums spalvų liniją nuo-centro štampo viduje, o tai sukelia netolygų juostelių plotį arba sluoksnio storio pokyčius.
3. The Die Head: kur prasideda sintezė
Štampo galvutė yra sintezės mechanizmo širdis. Dvigubos-spalvos pūstos plėvelės štampelyje du lydalo srautai pirmą kartą susitinka tiksliai{2}}apdirbtame įtvaro mazge. Pramonėje naudojamos dvi pagrindinės štampų architektūros:
3.1 Šoninis-(dryžuotas) štampo dizainas
Šioje konfigūracijoje du spalvų srautai teka per atskirus spiralinius šerdies kanalus, išdėstytus aplink žiedinį štampo tarpą kintamuose sektoriuose. Kai lydalas išeina iš matricos lūpų, kiekviena spalva užima apibrėžtus apskrito burbulo lanko segmentus. Rezultatas yra plėvelė su vertikaliomis juostelėmis, einančiomis išilgai išilgai -plokščio pločio.
Suliejimo sąsaja tarp gretimų spalvų sektorių yra siaura zona -, paprastai mažesnė nei 0,5 mm pločio -, kurioje vyksta molekulinė- lygmens difuzija. Kadangi šiuo metu abu srautai vis dar yra išlydę (virš atitinkamos kristalizacijos temperatūros), vienos spalvos polimerų grandinės gali migruoti per sąsają ir susipainioti su gretimos spalvos grandinėmis. Taiko-kristalizacija sąsajojeyra tai, kas sukuria tikrą ryšį, o ne mechaninį prispaudimą{0}}.
Susiliejimo zonos plotis priklauso nuo:
Gyvenimo laikas štampelyje- ilgesnė gyvenamoji vieta leidžia daugiau skleisti
Lydymosi temperatūra- aukštesnė temperatūra padidina grandinės mobilumą ir difuzijos gylį
Dviejų polimerų suderinamumas- LLDPE, sumaišytas su LLDPE, lengvai pasklinda; LLDPE suporuotas su polipropilenu reikalauja suderinamumo sluoksnio
3.2 Koncentrinis (sluoksnio-virš-sluoksnio) štampų dizainas
Kai kurios dvigubos{0}}spalvos mašinos sukuria ne juosteles, o burbulą, kur vienas polimeras sudaro vidinį sluoksnį, o kitas – išorinį. Štampas turi du koncentrinius spiralinius kanalus, vertikaliai sukrautus įtvaro viduje. Vidinis kanalas suteikia vieną spalvą į štampavimo tarpo vidinį žiedą; išorinis kanalas perduoda antrą spalvą į išorinį žiedą.
Du srautai susilieja prieš pat štampavimo lūpas, sudarydami ploną lydalo sumuštinį. Kadangi abu sluoksniai vis dar yra aukštesnėje nei kristalizacijos temperatūra, kai jie susilieja, sąsajos sukibimas vystosi per tą patį grandinės susipynimo mechanizmą, aprašytą aukščiau. Gautoje plėvelėje yra švarus skersinis-pjūvis -, viena spalva matoma kiekviename paviršiuje - su surišta sąsaja, kuri, jei polimerai yra suderinami, mechaniškai nesiskiria nuo vieno -sluoksnio lygiaverčio storio plėvelės.
4. Sąsajų sukibimas: mokslas už ryšį
Dviejų spalvų sintezės sąsajos kokybė nėra vien dviejų karštų paviršių suspaudimo funkcija. Tai priklauso nuotermodinaminis maišymasisirkinetinė difuzija.
Termodinaminis suderinamumas
Polimerai, turintys panašius tirpumo parametrus, susimaišo molekuliniu lygiu. Dviejų rūšių linijinis mažo -tankio polietilenas (LLDPE), net jei jie turi skirtingą pigmento apkrovą, yra labai suderinami ir sudarys tvirtą, darnią sąsają. Du chemiškai nepanašūs polimerai -, polietilenas ir nailonas - turi žemą termodinaminį suderinamumą. Jų grandinės lengvai nesusipainioja, o sąsaja išlieka silpna, nebent adervos-sluoksnis(chemiškai modifikuotas polietilenas su polinėmis grupėmis) yra ko{0}}ekstruduojamas tarp jų.
Tikroje dvigubos-spalvos mašinoje, kurioje veikia du tos pačios pagrindinės dervos atspalviai, surišti sluoksniai paprastai nereikalingi. Lydymosi mechanizmas visiškai priklauso nuo terminės difuzijos sąsajoje.
Kinetinės difuzijos gylis
Gylis, iki kurio grandinės iš vieno spalvos sluoksnio prasiskverbia į gretimą sluoksnį, priklauso nuokartojimaspolimerų difuzijos modelis. Lydymosi būsenos polimero grandinė vingiuoja per aplinkines grandines kaip gyvatė{1}}. Sklaidos gylisdskalės maždaug taip:
d ∝ √(D · t)
kurDyra difuzijos koeficientas (stipriai priklausomas nuo temperatūros ir molekulinės masės) irtyra sąlyčio laikas iki lydalo sukietėjimo. Ilgesnis štampo buvimo laikas ir aukštesnė lydymosi temperatūra padidina difuzijos gylį, taigi ir sąsajos stiprumą.
Praktiškai mašinų operatoriai tai sureguliuoja koreguodami:
Mirties temperatūra(didesnė=gilesnė difuzija, tačiau gali kilti terminis pigmento skilimas)
Linijos greitis(lėtesnis=ilgesnis buvimo laikas, gilesnė sklaida)
Varžto greitis ir atgalinis slėgis(paveikia lydymosi temperatūrą dėl šlyties kaitinimo)
5. Burbulų susidarymas ir dviašė orientacija
Kai susilydęs dvigubas-spalvos lydalas išeina iš štampavimo lūpų kaip vienas žiedinis vamzdis, suslėgtas oras išpučia jį į burbulą. Taidviašis tempimastiek mašinos kryptimi (MD), tiek skersine kryptimi (TD) turi didelį poveikį sintezės sąsajai.
Kai burbulas plečiasi, polimerinės grandinės per sąsają yra įtemptos ir orientuotos. Ši orientacija iš tikrųjų sustiprina ryšį: grandinės, kurios iš dalies pasklido per spalvų ribą, dabar ištiesinamos ir užsifiksuoja, kai plėvelė atvėsta ir kristalizuojasi. Rezultatas yra sąsaja, kuri gali atlaikyti atplėšimo jėgas, patiriamas gaminant maišelį, spausdinant ir tvarkant-pagal naudojimą.
Tačiau jei išpūtimo koeficientas (BUR) yra per didelis, sąsaja gali būti įtempta virš difuzijos gylio ir gali prasidėti delaminacija. Išlaikant BUR nuo 2:1 iki 3,5:1 daugeliui polietileno rūšių, sąsaja išlaikoma nepažeista, tačiau išlaikomos norimos optinės ir mechaninės plėvelės savybės.
6. Aušinimas, šalčio linija ir spalvų apibrėžimas
Šerkšno linijos aukštis - taškas, kuriame plėvelė pereina iš išlydytos į pusiau -kietą -, yra svarbus valdymo parametras nustatant dvigubos-spalvos plėvelės spalvą. Virš šalčio linijos lydalas vis dar yra skystas, o spalvos riba gali pasislinkti arba susilieti, jei oro turbulencija arba temperatūros gradientai yra netolygi aplink burbulo perimetrą.
Oro žiedas su atskiru zonos valdymu leidžia operatoriams reguliuoti aušinimo stiprumą aplink burbulą, kad šalčio linija išliktų lygi. Tolygi įšalo linija fiksuoja spalvotos juostelės formą arba sluoksnio struktūrą, padarytą ties štampu, ir tai užtikrina pastovią viso ritinio spalvos kokybę.
Dėl nepakankamo aušinimo lydalas per ilgai liečiasi virš šalčio linijos, todėl difuzijos zona gali padidėti ir sušvelninti spalvos kraštą. Tai kartais naudinga norint išblukti, bet dažniausiai tai yra blogai naudojant tikslią-dryžuotą pakavimo plėvelę.
7. Bendrieji apdorojimo iššūkiai ir sprendimai
| Iššūkis | Pagrindinė priežastis | Sprendimas |
|---|---|---|
| Spalvos kraujavimas per sieną | Per didelė štampo temperatūra arba buvimo laikas | Sumažinti lydymosi temperatūrą; padidinti linijos greitį |
| Silpna sąsaja / delaminacija | Prastas polimerų suderinamumas arba mažas difuzijos gylis | Pridėkite dervos-sluoksnį; padidinti štampo temperatūrą |
| Netolygus juostelės plotis | Slėgio disbalansas tarp dviejų ekstruderių | Kalibruoti krumpliaračių siurblius; reguliuoti varžtų greitį |
| Pigmento aglomeratai / geliai | Prasta pagrindinio mišinio dispersija | Naudokite didelio{0}}dispersiškumo pagrindinį mišinį; padidinti nugaros spaudimą |
| Juostelės klajoja aplink burbulą | Netolygus oro žiedo aušinimas | Įjungti sektoriaus{0}}valdomą oro žiedą; patikrinkite štampų koncentriškumą |
8. Optimalaus sintezės medžiagų pasirinkimo svarstymai
Ne visos polimerų poros sukuria vienodai stiprias sintezės sąsajas. Šie deriniai iš esmės suskirstyti nuo didžiausio iki mažiausio natūralaus suderinamumo dvigubos-spalvos pūstos plėvelės kontekste:
LLDPE + LLDPE(skirtingos tankio klasės arba pigmentai) - puikus natūralus sukibimas
LDPE + LLDPE- labai geras, plačiai naudojamas žemės ūkio mulčio plėvelėje
HDPE + LLDPE- vidutinio sunkumo; sąsajos stiprumas priimtinas daugeliui pakuočių naudojimo būdų
PP + PE- prastas be suderinamumo; reikia maleino anhidrido{1}}skiepytos kaklaraiščio dervos
PE + PA (nailonas)- reikalingas konkretus PE-g-MAH susiejimo sluoksnis; naudojamas aukštos-barjerinėse programose
Suprasdami šiuos suderinamumo ryšius prieš nurodydami dvigubą{0}}spalvų įrenginį, po įdiegimo išvengsite brangaus performulavimo.
Išvada
Dviejų spalvų plėvelės pūtimo aparato suliejimo mechanizmas yra kruopščiai suderinta polimerų chemijos, tikslios inžinerijos ir šilumos valdymo sąveika. Du nepriklausomai plastifikuoti spalvų srautai yra sujungti į štampą, kur kontroliuojama temperatūra ir buvimo laikas skatina molekulinės grandinės difuziją per spalvų sąsają. Dviašis tempimas burbulo išpūtimo metu užfiksuoja difuzinę jungtį ir sukuria plėvelę, kurioje dvi spalvos yra optiškai skirtingos, tačiau struktūriškai vienodos.
Norint sėkmingai atlikti šį procesą, reikia atidžiai stebėti kiekvieną veiksmą - nuo pagrindinio mišinio pasirinkimo ir ekstruderio derinimo pagal štampavimo formą, išpūtimo santykį- ir šalčio- linijos valdymą. Kai visi nustatymai veikia kartu, gaunama gera, stabili dviguba -spalva plėvelė, atitinkanti maisto pakavimo, naudojimo ūkyje, pramoninių maišelių ir parduotuvės produktų poreikius.
