وبلاگ

قبلاً در مورد فرایند تولید فیلم‌های پلاستیکی (پلی اتیلن F7000) به روش فیلم دمشی یا فیلم بلوینگ film blowing و همچنین تجهیزات به کار رفته در این فرایند صحبت کردیم. در این بخش به مشکلاتی که ممکن است در تولید فیلم پلاستیکی در روش دمشی با آن مواجه شویم می‌پردازیم. این مشکلات و عیب‎‌ها می‌تواند در دو دسته کلی تقسیم‌بندی شود:

بخش اول: مشکلات اکستروژن در عیب‌یابی فیلم

• Surging یا موج مواد
• دمای مذاب بالا
• نیاز به خنک‌کاری بیش از حد
• خروجی کم

بخش دوم: مشکلات فیلم دمشی در عیب‌یابی فیلم

• شکست مذاب
• غیریکنواختی ضخامت
• خطوط دای
• ژل شدن
• خواص مکانیکی ضعیف
• خواص نوری ضعیف
• چین و چروک در فیلم

 بخش اول: مشکلات اکستروژن

Surging یا موج مواد

این پدیده به شرایطی گفته می‌شود که سرعت جریان خروجی از دای با گذشت زمان تغییر کند که با تغییرات نشان داده شده در فشار کلگی قابل رؤیت است که معمولاً 15 درصد یا بیشتر است.
این پدیده با ضربه ناشی از پیچه که با تغییرات فشاری حدود 10 درصد همراه است و دوره تناوب چرخش مارپیچ رخ می‌دهد متفاوت است.
این پدیده سبب تغییرات ضخامت فیلم در جهت ماشین می‌شود و مشکل زاست.

این پدیده دو علت اصلی دارد:

تغذیه و خوراک‌دهی غیر یکنواخت، ناپایداری و یکنواختی ذوب شدن

هنگامی که مواد به گلویی وارد می‌شوند و به صورت نامنظم در امتداد مارپیچ حرکت می‌کنند، این اثر به قسمت کلگی اکسترودر نیز منتقل می‌شود. این پدیده زمانی که مواد به قسمت تغذیه مارپیچ می‌چسبند به راحتی اتفاق می‌افتد. در یک سیستم با کارایی بالا، مواد تمایل دارند به دیواره برل بچسبند و توسط پره‌های مارپیچ به جلو رانده شوند و بدون هیچ مشکلی در راستای میله اصلی مارپیچ بلغزند و حرکت کنند.
مشخصه مهم در اینجا نسبت اصطکاک برل به اصطکاک مارپیچ است. این نسبت برای انتقال مواد جامد باید بالا باشد. با این وجود، یک پیچه داغ، کثیف یا دارای ایراد باعث می‌شود تا مواد به مارپبچ بچسبند و اصطکاک مارپیچ بالا رود.
غیر یکنواختی در ذوب شدن نیز خود را در مواردی که در شکل خوراک و مواد غیر یکنواختی وجود دارد نشان می‌دهد که می‌تواند باعث ذوب زودرس قسمتی از مواد و چسبیدن آن‌ها به مارپیچ شود. این مشکلات گفته شده سبب می‌شود تا مواد منتقل شده به دای یکنواخت نبوده با ضربان انتقال یابند.
به عبارت دیگر هنگامی‌که بستر جامد به سمت پایین مارپیچ حرکت می‌کند، باید به‌طور یکنواخت ذوب شود، اما اگر از هم بپاشد باعث بروز این پدیده می‌شود. این اثر به شکسته شدن بستر جامد نیز معروف است. و در نهایت به کاهش تولید می‌انجامد.

راه‌حل جلوگیری از غیر یکنواختی خوراک‌دهی

در اکستروژن فیلم دمشی مخصوصاً برای مواد پلی‌پروپیلن PP، (پلی‌پروپیلن 552R) رایج‌ترین روش برای جلوگیری از غیر یکنواختی تغذیه استفاده از گلویی تغذیه شیار‌دار است.
گلویی شیاردار تغذیه باعث افزایش اصطکاک بین برل و مواد خوراک می‌شود و پایداری خوراک را افزایش می‌دهد.
با این حال به علت این که می‌تواند از ورود مواد تا حدی جلوگیری کند راه‌حل دیگری نیز رایج است. استفاده از یک مارپیچ با سطح کاملاً صاف و استفاده از موادی با شکل یکدست می‌باشد. سطح مارپیچ را می‌توان با آبکاری با موادی مانند کروم و .. و صیقل‌کاری کاملاً بهبود بخشید و اصطکاک را پایین آورد.

راه‌حل جلوگیری از ذوب غیر یکنواخت

راه‌حل این مشکل تمرکز بر روی افزایش انرژی گرمایی به جامد است. اولین اقدام می‌تواند تغییر در سرعت مارپیچ باشد. برخی موارد لازم است تا سرعت را افزایش دهیم تا تنش برشی وارده به مواد بیشتر شود، برخی موارد لازم است تا سرعت را کاهش دهیم تا زمان اقامت مواد در برل بیشتر شده و تحت حرارت بیشتری قرار گیرند. دومین اقدام می‌تواند تغییر در پروفایل دمایی باشد، مشخصاً افزایش دما. اقدام بعدی می‌تواند تغییر در طراحی مارپیچ باشد.

دمای مذاب بالا

به عنوان یک قانون اقتصادی در نظر  داشته باشید که بهتر است همیشه بیش از حد گرما تولید نکنید و دمای اکستروژن بالا نباشد، هم انرژی مصرفی بالا نرود و هم انرژی برای خنک‌سازی پایین باشد. این کار علاوه بر جنبه اقتصادی، دلایل دیگری نیز دارد. حذف گرمای اضافی از مواد و در نتیجه از حباب فیلم بخود یک عامل محدودکننده در تولید محسوب می‌گردد. اگر دمای مذاب هنگام خروج از دای تا حد امکان پایین باشد باعث می‌شود تولید سریع‌تر خواهد بود و زمان و انرژی زیادی برای خنک‌سازی صرف نمی‌شود.
مشکل دمای بالا می‌تواند دو علت داشته باشد. یک علت اصلی که احتمالاً به دلیل نادرست بودن دماهای ست شده است و یا طراحی نامناسب مارپیچ و دلیل دوم که این که اگر این مشکل با گذشت زمان به وجود آمده باشد می‌تواند به دلیل آلودگی اسکرین پک، یا مارپیچ باشد.

نیاز به خنک‌کاری بیش از حد

همه اکسترودرها دارای یک سیستم خنک‌کننده برل هستند، مانند فن یا سیستم چرخش آب تا به وسیله آن گرمای اضافی پلیمر را خارج کنند. البته بهتر است گرماهای اضافه از اول به مواد وارد نشوند. بنابراین هنگامی‌که کنترل کننده دما در یک اکسترودر همیشه خواستار خنک شدن است، نشان می‌دهد که یک جای کار می‌لنگد.
در یک سیستم با بازدهی بالا و کارآمد، اکسترودر فقط انرژی مورد نیاز سیستم را که لازم است پلیمر را ذوب کند تأمین می‌کند و نه بیش از آن. این انرژی از طریق ترکیبی انرژی مکانیکی (اصطکاک پیچ) و گرمای هدایتی (از طریق هیترها) تأمین می‌شود. اگر انرژی حرارتی تولید شده بیش از حد باشد، کنترل‌کننده دما اعلام می‌کند که به خنک‌کاری نیاز است.
دقیقاً عواملی که در قسمت قبل برای افزایش بیش از حد دمای مذاب گفته شد در اینجا نیز صادق است و باعث می‌شود خنک‌سازی اضافی نیاز باشد. تفاوت در اینجا این است که دمای ست شده و تنظیم شده یک ناحیه برل ممکن است لزوماً منجر به دمای اضافی مذاب خروجی از دای نشود. برای مثال، یک ناحیه در میانه برل ممکن است دارای گرمای زیادی باشد ولی هنوز دمای خرجی مواد از دای مطلوب باشد. این هم یک مشکل است و دستگاه می‌خواهد آن را خنک کند. این می‌تواند ناشی از طراحی نامناسب پیچه باشد.

خروجی کم

مسئله خروجی کم اکسترودر معمولاً به کاهش توان RPM یا دور موتور می‌باشد. در بیشتر موارد افزایش خروجی به سادگی و با افزایش سرعت مارپیچ در دسترس خواهد بود. اما این شاید باعث حل مشکل شود اما ممکن است باعث بروز مشکلاتی نیز شود.
این مشکل می‌تواند ناشی از محدود شدن جریان باشد که خود می‌تواند ناشی از گرفتگی صفحه پشت دای و مارپیچ و سایش مارپیچ باشد. صفحه فیلتر، آلودگی‌های مذاب را جذب کرده و باعث محدودیت در جریان می‌شوند. این محدودیت سبب افزایش فشار کلگی می‌شود. می‌شود با تعویض این فیلتر مشکل را حل کرد. البته ممکن است مش صفحه مناسب نبوده و از ابتدا باعث بروز مشکل شود.

بخش دوم: مشکلات فیلم دمشی در فرایند فیلم

شکست مذاب

شکست مذاب یک نقص زیبایی و در ظاهر محصول است که به صورت زبری یا امواج بر روی سطح فیلم ظاهر می‌شود. اسامی مانند پوست پرتقالی یا sharkskin نیز به آن اطلاق می‌شود.
تنش برشی محصول ویسکوزیته و سرعت برش پلیمر است. بنابراین، هرگونه تغییر فرآیندی که باعث کاهش ویسکوزیته یا سرعت برشی شود، یک راه حل بالقوه برای شکست مذاب است. ساده‌ترین اصلاح فرآیند، افزایش دمای مذاب هنگام عبور از دای است و در نتیجه ویسکوزیته را کاهش می‌دهد. به‌طور کلی، افزایش دمای دای بهترین روش است. راه‌حل معمول دیگر افزودن روان‌کننده به ترکیب مواد است که از دو طریق ممکن است کمک کند. اول، ممکن است به پلیمر اجازه دهد با مقاومت داخلی کمتر (گرانروی). دوم ، اغلب یک پوشش نازک در سطح قالب داخلی باقی می‌گذارد ، و باعث می‌شود مواد با چسبندگی کمتری از طریق قالب جریان یابند.
کاهش نرخ برشی برای از بین بردن شکست مذاب می‌تواند به چند روش انجام شود، هر چند انجام این روش‌ها کار آسانی نیست. روش اول افزایش شکاف و فاصله دای است. البته این افزایش سبب تغییرات ضخامت فیلم و قطر حباب می‌شود که باید با افزایش سرعت خط جبران شود.
روش دوم کاهش سرعت مارپیچ و به سبب آن کاهش سرعت جریان در دای است.

نایکنواختی ضخامت در فیلم دمشی

شاید مهم‌ترین هدف اپراتور، تولید فیلمی باشد که دارای ضخامت مشخص و مورد نظر باشد. تغییرات ضخامت می‌تواند منجر به خرابی محصول، خرابی ماشین‌آلات و تولید ضایعات بالا گردد.
تغییرات فیلم می‌تواند در زمان یا نسبت به موقعیت باشد.
در مورد وابستگی به زمان، ضخامت در جهت ماشین ممکن است در اثر surging اکسترودر ایجاد شود. همچنین ناپایداری حباب می‌تواند به تغییر ضخامت شود. این بی‌ثباتی می‌تواند به صورت نوسان در قطر یا ارتفاع خط شبنم رخ دهد.
برخی مواقع ارتفاع خط شبنم خیلی زیاد است که با خنک‌سازی اضافی از طریق افزایش سرعت هوای دمنده و کاهش دمای هوا می‌توان آن را رفع کرد. در برخی مواد دیگر، مخصوصاً زمانی که حلقه هوا به حباب خیلی نزدیک است، کاشه سرعت خنک‌سازی می‌تواند شرایط را تثبیت کند.
انواع بی‌ثباتی‌های حباب در شکل زیر نشان داده شده است:

در این شکل، 7 نوع مختلف از ناپایداری‌ها و مشکلاتی که در حباب می‌تواند رخ دهد را مشاهده می‌کنید.

• حالت اول “draw resonance“ به‌عنوان یک تغییر مداوم در قطر حباب است. این فریند هنگامی رخ می‌دهد که مذاب خیلی سریع و به سرعت کشیده شود. برای حل این مشکل باید سرعت بالای کشیده شدن را کاهش داد یا دور مارپیچ را زیاد کرد که نسبت خروج مواد و کشیده شدن آن همسان شود.
• حالت دوم “helical instability“ یا بی‌ثباتی مارپیچی است. هنگامی رخ می‌دهد که خط شبنم خیلی پایین است و اجازه نمی‌دهد هوای خنک‌کننده به مقدار کافی در اطراف حباب خارج شود. برای حل این مشکل باید ارتفاع خط شبنم را توسط تغییراتی مانند افزایش خروجی بالا برد.
• حالت سوم “Frost Line Oscillation“ یا نوسان خط شبنم می‌باشد. این پدیده به عنوان حرکت و نوسان بالا و پایین خطی است که در آن حباب به حداکثر قطر خود می‌رسد. این می‌تواند به دلایل مختلفی مانند تفاوت در خروجی اکستروژن و surging و تغییر در شرایط اطراف حباب ایجاد شود. پس راه‌حل اساسی حل surging توسط بهبود خوراک‌دهی مواد جامد و یکنواخت کردن ذوب می‌باشد.
• حالت چهارم “Bubble Sag“ همانطور که در شکل مشخص است بدین معناست که ارتفاع ساقه بسیار پایین است و حداکثر قطر حباب در همه نقاط گسترش می‌یابد. دلیل این پدیده خنک‌سازی ناکافی است.
• حالت پنجم ” bubble tears“ می‌باشد. این مشکل در لبه‌های دای، زمانی که سرعت کشش فیلم خیلی زیاد است رخ می‌دهد. وقتی فیلم خیلی سریع کشیده شود، یا خیلی سریع سرد شود، ممکن است این پدیده رخ دهد. راه‌حل بالقوه آن شامل افزایش درجه حرارت لبه‌های دای و کاهش سرعت بالا کشیدن است.
• حالت ششم “bubble flutter“ یا لرزش حباب، معمولاً هنگامی رخ می‌دهد که ارتفاع خظ شبنم کم است و باعث می‌شود هوی جاری از حلقه هوا باعث لرزش در پایه حباب شود. راه‌حل این مشکل افزایش خط شبنم با اقداماتی مانند کاهش سرعت دمنده است.
• حالت آخر “bubble breathing“ زمانی رخ می‌دهد که حجم هوا داخل حباب متناوباً افزایش و کاهش می‌یابد، این در درجه اول یک مشکل در سیستم خنک‌کننده حباب داخلی (IBC) است زیرا یک تبادل هوای داخلی متناوباً در حال انجام است. باید شیرها و سنسورهای آن را بررسی کنید.

خطوط دای

ممکن است بر روی حباب تشکیل شده به صورت پیوسته خطوطی در جهت ماشین دیده شود که باعث کاهش زیبایی، براقیت و شفافیت و همچنین خواص مکانیکی مانند استحکام پارگی می‌شود.
شایع‌ترین علت این مشکل، کثیف بودن دای است. با گذشت زمان، مواد حتی به مقدار ناچیز در اثر حرارت تخریب می‌شوند و می‌توانند به سطوح داخلی دای بچسبند و به صورت تجمع ذرات سوخته خود را نشان دهند. پس با عبور جریان مذاب پلیمری از شکاف دای، و عبور از این تجمع مواد، سبب ایجاد خطوطی در فیلم خواهد شد. جداکردن و تمیزکاری دای به صورت متناوب می‌تواند این مشکل را حل کند. البته ممکن این خطوط به دلیل وجود خط و خراشیدگی در لبه دای نیز باشد که باید با ماشین‌کاری رفع گردد.

ژل‌شدگی

ژل یا اثر fisheye، تشکیل توده‌های گلوله‌ای شکل کوچگ و سختی می‌باشد که در فیلم یا سطح آن قرار می‌گیرند.
به‌طور کلی توده‌های موجود در سطح فیلم‌ها (پلی‌اتیلن 2102) می‌تواند ناشی از مواد ذوب نشده خوراک و یا از مواد کاملاً ذوب شده تشکیل شده باشد. ژل شامل پلیمر تخریب شده با وزن مولکولی بسیار بالا است  که ممکن است حتی به صورت شبکه‌ای و دارای پیوند عرضی باشد. مشکلاتی مانند زیبایی سطح و نیز ایجاد تمرکز تنش و ضعیف کردن فیلم دمشی از ژل ناشی می‌شود.
همچنین ژل می‌تواند از مواد اولیه نشأت بگیرد و یا در طول فرایند اکستروژن تولید شود. اگر ژل از مواد اولیه باشد، باید سریعاً رزین مورد استفاده را تعویض کرد. ولی در اکثر مواقع ژل شدگی همانطور که گفته شد در اثر حرارت بیش از حد و تخریب پلیمر در طول فرایند اکستروژن رخ می‌دهد. این گرمای بیش از حد می‌تواند به دلیل دمای تنظیم شده بالا باشد ولی در اکثر مواقع به علت بالا بودن زمان اقامت مواد در اکسترودر و بالا بودن تنش‌های مکانیکی وارد بر آن است.
ممکن است مقدار کمی از مواد در اکسترودر به صورت جامد باقی بماند و زمان طولانی را در اکسترودر صرف کند و در نهایت تخریب شده، سپس نرم شده و با مذاب خارج شود که تشکیل ژل را می‌دهد. باید در هنگام تمیزکاری منبع این ژل‌ها که ممکن است پره‌های مارپیچ باشد را پیدا و تمیزکاری نمود.
همچنین ژل ممکن است مربوط به انرژی مکانیکی بالای وارد شده در ابتدای اکسترودر باشد. به‌عنوان مثال گلویی شیاردار تغذیه و برخی اجزای اختلاط می‌توانند انرژی زیادی به مذاب وارد کنند و این انرژی سبب بالا رفتن دمای آن نقطه شده و منجر به تشکیل ژل شود.
یک راه حل عالی برای حل مشکل ژل‌شدگی با هر علتی می‌تواند استفاده از افزودنی پایدارکننده‌ای مانند عوامل آنتی‌اکسیدان‌ها می‌باشد که مانع از شروع تخریب و انتشار یا رشد آن می‌شود.

خواص مکانیکی ضعیف در فیلم دمشی

مهم‌ترین ویژگی‌های مکانیکی یک فیلم عبارت است از استحکام کششی، استحکام پارگی و مقاومت به ضربه. استحکام کششی و پارگی در هر دو جهت ماشین و عمود بر آن اهمیت دارد.

این ویژگی‌ها در فیلم تولیدی به چند عامل وابسته است.

• عامل اول نوع پلیمری (پلی‌اتیلن EX5) است که فیلم از آن تهیه می‌شود. بعضی پلیمرها مانند پلی‌آمیدها (نایلون) در ذات خود دارای استحکام مکانیکی بالایی هستند و بعضی پلیمرها مانند LDPE (پلی‌اتلین 020) دارای استحکام ضعیفی هستند. البته توجه داشته باشید ممکن است بسته به کاربرد فیلم مورد نظر، شاید این خواص اهمیت بالایی نداشته باشند.
• فاکتور دوم ترکیب فرمولاسیون و آمیزه‌ای است که مورد استفاده قرار می‌گیرد و به اکسترودر وارد می‌شود. یعنی اهمیت استفاه از افزودنی‌ها. اگر چه بعضی افزودنی‌ها مثل آنتی‌استاتیک‌ها تأثیر خاصی بر خواص مکانیکی ندارند اما تعداد زیادی از آن‌ها نیز نقش مهمی در این خواص ایفا می‌کنند. تقویت کردن مواد با روش‌هایی مانند تقویت کردن با الیاف شیشه، باعث افزایش خواص مکانیکی کششی خواهد شد. از طرفی افزودن افزودنی‌های پایه لاستیکی، باعث بهبود خواص ضربه خواهد شد. توجه داشته باشید اگر مقدار این افزودنی‌ها از حد خاصی بیشتر شود، باعث جمع شدن این افزودنی‌ها، تمرکز تنش و در نتیجه ضعیف شدن فیلم در آن محل می‌شود.
• فاکتور سوم تأثیر فرایند و شرایط آن می‌باشد. مهم‌ترین راه تأثیر فرایند بر خواص مکانیکی، جهت‌یافتگی زنجیره‌ها و مولکول‌های پلیمری ناشی از کشش حباب فیلم است. همانطور که در فرایند تولید فیلم دمشی نیز توضیح داده شد، جهت‌یافتگی در جهت ماشین به علت کشیده شدن حباب به سمت بالا و جهت سافتگی در جهت عمود بر ماشین به علت دمیده شدن حباب می‌باشد که تأثیر زیادی بر استحکام فیلم خواهد داشت. به‌طور کلی با کشش و جهت‌گیری زنجیره‌ها در یک جهت خاص، استحکام کششی فیلم در آن جهت افزایش پیدا خواهد کرد  ولی استحکام پارگی کاهش پیدا می‌کند.

عواملی دیگری نیز در فرایند می‌تواند بر خواص مکانیکی فیلم تولیدی تأثیرگذار باشد. ارتفاع خط شبنم، که تحت‌تأثیر سرعت خنک‌سازی حباب است بر درجه کریستالی یا بلورینگی پلیمر اثرگذار است. مناطق کریستالی، متراکم‌تر و چگال‌تر هستند، در نتیجه از سایر قسمت‌ها سخت‌تر می‌باشند. بنابراین وجود کریستال و بلور در فیلم سبب افزایش چشمگیر استحکام مکانیکی و مقاومت ضربه خواهد شد.
فاکتور دیگر شرایط فرایندی تأثیرگذار بر خواص مکانیکی، زمان اقامت مواد است. رمان اقامت مواد در واقع مدت زمانی است که مولکول‌های پلیمری در دمای بالای خط اکستروژن باقی می‌مانند و تحت‌تأثیر و قابل تنظیم با دور مارپیچ می‌باشد. پارامترهایی مانند طراحی پیچه، طراحی دای و فشار کلگی نیز بر آن اثرگذار خواهد بود. هر چه زمان اقامت افزایش یابد، مقدار تخریب پلیمر افزایش می‌یابد و در نتیجه خواص مکانیکی می‌تواند کاهش یابد.

خواص نوری ضعیف در فیلم دمشی

خواص نوری ضعیف در فیلم دمشی تولیدی می‌تواند علل مختلفی داشته باشد که به‌طور کلی این علل به دو دسته تقسیم‌بندی می‌شوند. مواد و فرایند.

مشکلاتی که در مواد می‌تواند باعث ضعیف شدن خواص نوری مانند براقیت و شفافیت شود، وجود آلودگی در مواد و جدایی فازی ناشی از ناسازگاری مواد مختلف است. آلودگی ناشی از وجود ذرات خارجی در اکسترودر یا مواد اولیه است که این ذرات می‌تواند خواص نوری سطح فیلم دمشی را خراب کند. جدایی فازی نیز زمانی رخ می‌دهد که آلیاژ دو پلیمر یا ترکیب پلیمر و افزودنی‌ها به علت ناسازگاری درست انجام نگیرد و  منجر به کاهش خواص نوری و شفافیت شود.
مشکلات فرایندی می‌تواند مانند خط دای (در بالا توضیح داده شد)، سرعت خنک‌سازی پایین، شکست مذاب و یا در فیلم‌های چند لایه، ناسازگاری بین سطحی لایه‌ها باشد.
مشکلات خط دای در قسمت‌های بالا شرح داده شد. سرعت خنک‌سازی اما پارامتر کلیدی در این قضیه می‌باشد چرا که اثر مستقیمی بر کریستال یا بلورینگی فیلم دارد. هر چه مقدار بلور بیشتر باشد، پلیمر مات‌تر و خواص نوری پایین‌تری دارد. پس هر چه سرعت خنک‌سازی بیشتر باشد، مقدار بلور کمتر و خواص نوری و شفافیت فیلم بهتر خواهد بود.

چین و چروک در فیلم دمشی

چروک یکی از متداول‌ترین مشکلات ایجاد شده در فیلم دمشی است. چین و چروک موجود در فیلم‌ها علت مختلفی می‌تواند داشته باشد که باید که فرایند بالادست تولید فیلم را دقیقاً مورد ارزیابی قرار داد. به عنوان مثال چروک در جهت ماشین می‌تواند به علت کشیدگی بیش از حد فیلم دمشی در قسمتی خاص و یا لرزش یک غلطک باشد که باید اصلاح گردد. چین و چروک در جهت عمود بر ماشین می‌تواند به علت زاویه بیش از حد بزرگ قاب‌های تخت‌کننده باشد و یا عدم تنظیم غلطک‌ها.

جهت مشاوره و تهیه مواد اولیه تولید فیلم دمشی پلی اتیلن در ساعات اداری با کارشناسان ما در پانیذا پلیمر تماس حاصل فرمایید